DE112009000369B4 - Observation device - Google Patents

Abstract

Eine Beobachtungsvorrichtung 1 umfasst eine Lichtquelleneinheit 10, ein zweiachsiges Abtastsystem 20, eine Wellenfront-Modulationseinheit 30, eine optische Verzweigungseinheit 40, eine Lichterfassungseinheit 50, eine Wellenfront-Erfassungseinheit 60, eine Steuereinheit 70 und dergleichen. Die Wellenfront-Modulationseinheit 30 stellt ein Kompensations-Phasenmuster zum Kompensieren einer Aberration des Eingangslichtes und ein Verzweigungs-Phasenmuster zum Aufspalten des Eingangslichts in ein erstes und ein zweites Strahlenbündel dar. Die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfängt das eingegebene Licht und erfasst eine Wellenfront des eingegebenen Lichts. Das Kompensations-Phasenmuster zum Kompensieren der Wellenfront-Aberration wird in einer Schleifenverarbeitung geregelt, die die Erfassung einer Wellenfrontverzerrung des Lichts durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60, die Einstellung des Phasenmusters durch die Steuereinheit 70 entsprechend dem Ergebnis der Erfassung und die Darstellung des Phasenmusters durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 umfasst.

An observation device 1 includes a light source unit 10, a two-axis scanning system 20, a wavefront modulation unit 30, an optical branching unit 40, a light detection unit 50, a wavefront detection unit 60, a control unit 70 and the like. The wavefront modulation unit 30 represents a compensation phase pattern for compensating for an aberration of the input light and a branching phase pattern for splitting the input light into first and second beams. The wavefront detection unit 60 receives the input light and detects a wave front of the input light . The compensation phase pattern for compensating for the wavefront aberration is controlled in a loop processing which includes the detection of a wavefront distortion of the light by the wavefront detection unit 60, the adjustment of the phase pattern by the control unit 70 according to the result of the detection and the display of the phase pattern by the Wavefront modulation unit 30 comprises.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Beobachtungsvorrichtung.The present invention relates to an observation device.

Technischer HintergrundTechnical background

Die JP 2007-14569 A offenbart eine Beobachtungsvorrichtung (ophthalmologische Abbildungsvorrichtung), die ein Auge eines Prüflings bei einer Bestrahlungsposition eines Laser-Strahlenbündels abtastet und durch eine Lichterfassungseinheit ein reflektiertes Strahlenbündel vom Auge empfängt und dadurch das Auge beobachtet. In der in dieser Literatur offenbarten Beobachtungsvorrichtung wird das vom Auge reflektierte Strahlenbündel durch einen halbdurchlässigen Spiegel in zwei Strahlenbündel aufgespalten, wobei eines der aufgespaltenen Strahlenbündel durch die Lichterfassungseinheit empfangen wird, wo seine Leistung erfasst wird, während das andere durch eine Wellenfront-Erfassungseinheit empfangen wird, wo seine Wellenfront-Aberration erfasst wird. Eine Wellenfront-Modulationseinheit (Wellenfront-Kompensationseinheit) kompensiert die Wellenfront-Aberration des reflektierten Strahlenbündels entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit erfassten Wellenfront-Aberration, wobei ein Bild des Auges entsprechend der durch die Lichterfassungseinheit erfassten Lichtleistung erhalten wird. Es heißt, dass die in der Literatur offenbarte Beobachtungsvorrichtung durch das Vorhergehende ein photographiertes Bild mit einer hohen Auflösung erhalten kann.The JP 2007-14569 A discloses an observation device (ophthalmic imaging device) that scans an eye of a test object at an irradiation position of a laser beam and receives a reflected beam from the eye through a light detecting unit and thereby observes the eye. In the observation device disclosed in this literature, the beam reflected by the eye is split into two beams by a semitransparent mirror, one of the split beams being received by the light detection unit, where its power is detected, while the other is received by a wavefront detection unit, where its wavefront aberration is detected. A wavefront modulation unit (wavefront compensation unit) compensates for the wavefront aberration of the reflected beam in accordance with the wavefront aberration detected by the wavefront detection unit, obtaining an image of the eye corresponding to the light power detected by the light detection unit. It is said that the observation device disclosed in the literature can obtain a photographed image with a high resolution by the foregoing.

Im Allgemeinen können Kompensationstechniken für die Wellenfront-Aberration, die eine Wellenfront-Erfassung und eine Wellenfront-Modulation enthalten, wie oben erwähnt worden ist, die Bilderzeugungseigenschaften und die Messgenauigkeit verbessern. Traditionell sind die Kompensationstechniken für die Wellenfront-Aberration hauptsächlich für astronomische Teleskope verwendet worden. Vor kurzem sind jedoch die Kompensationstechniken für die Wellenfront-Aberration außerdem für Funduskameras, Abtast-Laser-Ophthalmoskope (SLO), die optische kohärente Tomographie (OCT), Laser-Mikroskope und dergleichen in Gebrauch gekommen.In general, wavefront aberration compensation techniques that include wavefront detection and wavefront modulation as mentioned above can improve imaging properties and measurement accuracy. Traditionally, wavefront aberration compensation techniques have mainly been used for astronomical telescopes. Recently, however, wavefront aberration compensation techniques have also come into use for fundus cameras, scanning laser ophthalmoscopes (SLO), optical coherent tomography (OCT), laser microscopes, and the like.

Die Abbildung unter Verwendung einer derartigen Kompensationstechnik für die Wellenfront-Aberration ermöglicht die Beobachtung mit einer hohen Auflösung, die konventionell nicht erreichbar gewesen ist. Wenn ihr Objekt ein Fundus eines Auges ist, können insbesondere die Photorezeptorzellen und die sehr kleinen Blutgefäße beobachtet werden. Das Beobachten der Photorezeptorzellen ist für das diagnostizieren von mit dem Alter in Beziehung stehenden Augenkrankheiten nützlich. Das Beobachten der sehr kleinen Blutgefäße ist für die frühe Diagnose von Kreislaufkrankheiten nützlich. Deshalb wird erwartet, dass ein Fundus-Abbildungssystem unter Verwendung einer Kompensationstechnik für die Wellenfront-Aberration, wenn es vermarktet wird, einen großen Einfluss auf die medizinische Industrie ausübt.Imaging using such a wavefront aberration compensation technique enables observation with a high resolution that has not been conventionally attainable. If your subject is a fundus of an eye, the photoreceptor cells and the very small blood vessels in particular can be observed. Observation of the photoreceptor cells is useful in diagnosing age related eye diseases. Observing the very small blood vessels is useful for the early diagnosis of circulatory diseases. Therefore, a fundus imaging system using a wavefront aberration compensation technique is expected to have a great impact on the medical industry when it is marketed.

Die DE 602 03 164 T2 offenbart ein System zur Hochleistungsstrahlkontrolle mit adaptiver Optik in einem leistungsarmen Strahlengang.The DE 602 03 164 T2 discloses a system for high-power beam control with adaptive optics in a low-power beam path.

Die US 2003/0062464 A1 offenbart ein System und ein Verfahren zur Durchführung einer Hochleistungsstrahlsteuerung mit ausgehender Wellenfrontkorrektur unter Verwendung holographischer Abtastung am Primärspiegel, Phasenkonjugation und adaptiver Optik in einem Strahlengang niedriger Leistung.The US 2003/0062464 A1 discloses a system and method for performing high power beam steering with outgoing wavefront correction using primary mirror holographic scanning, phase conjugation, and adaptive optics in a low power beam path.

Die US 2006/0227402 A1 offenbart ein System zur Wellenfrontkorrektur.The US 2006/0227402 A1 discloses a system for wavefront correction.

Die US 7 095 556 B2 offenbart ein Mikroskop mit einer Wellenfrontkompensation.The US 7 095 556 B2 discloses a microscope with wavefront compensation.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Technisches ProblemTechnical problem

Die in der JP 2007-14569 A offenbarte Beobachtungsvorrichtung ist mit einem halbdurchlässigen Spiegel versehen, der das reflektierte Strahlenbündel von einem Auge eines Prüflings in zwei Strahlenbündel aufspaltet, damit die Lichterfassungseinheit und die Wellenfront-Erfassungseinheit die Leistung bzw. die Wellenfront-Aberration des reflektierten Strahlenbündels vom Auge erfassen. Das Verzweigungsverhältnis für das Aufspalten des Strahlenbündels in zwei durch den halbdurchlässigen Spiegel ist infolge der Konstruktion fixiert gewesen und kann später nicht geändert werden.The ones in the JP 2007-14569 A Disclosed observation device is provided with a semitransparent mirror which splits the reflected beam from an eye of a test object into two beams so that the light detection unit and the wavefront detection unit detect the power or the wavefront aberration of the reflected beam from the eye. The branching ratio for splitting the beam into two by the semi-transparent mirror has been fixed due to the construction and cannot be changed later.

Die durch Beobachtungsvorrichtungen, wie z. B. Funduskameras, SLO und Mikroskope, zu messenden Objekte sind lebende Körper und Organismen, wodurch die Intensitäten der Strahlenbündel, mit denen die Objekte bestrahlt werden können, begrenzt sein können. Wenn das Objekt ein Fundus eines Auges oder dergleichen ist, wird das vom Fundus zurückkehrende reflektierte Strahlenbündel infolge des niedrigen Reflexionsgrades und der starken Streuung, die die Eigenschaften des Fundus sind, sehr schwach. Das Aufspalten des Strahlenbündels von einem derartigen Objekt verringert den Rauschabstand, so dass in einem extremen Fall die Wellenfront-Aberration und/oder das Bild unerfassbar werden können.The by observation devices, such as. B. Fundus cameras, SLO and microscopes, objects to be measured are living bodies and organisms, which means that the intensities of the bundles of rays with which the objects can be irradiated may be limited. When the object is a fundus of an eye or the like, the reflected beam returning from the fundus becomes very weak due to the low reflectance and strong scattering which are the characteristics of the fundus. Splitting the beam from such an object reduces the signal-to-noise ratio, so that in an extreme case the wavefront aberration and / or the image can become undetectable.

Die Intensitäten der von verschiedenen Objekten zurückkehrenden Strahlenbündel können beträchtlich variieren. Wenn z. B. durch eine Fundusmessung Komplikationen diagnostiziert werden, die Krankheiten zugeordnet sind, die mit dem Lebensstil in Beziehung stehen, variieren Zustände, wie z. B. normale Augen, astigmatische Augen, Linsenanomalien und Augenkrankheiten, zwischen den Prüflingen mit verschiedenen Lichtdurchlässigkeiten, wodurch die Intensitäten der zurückkehrenden Strahlenbündel zwischen denen Einzelnen im hohen Maße variieren. Wenn ein Objekt eine niedrige Durchlässigkeit und eine niedrige Intensität des zurückkehrenden Strahlenbündels besitzt, kann die Messung der Wellenfront-Aberration oder des Bildes infolge der unzureichenden Belichtungsmenge unmöglich sein.The intensities of the beams returning from different objects can vary considerably. If z. B. be diagnosed by a fundus measurement complications associated with diseases that are lifestyle related, conditions vary, such. B. normal eyes, astigmatic eyes, lens anomalies and eye diseases, between the specimens with different light transmissions, whereby the intensities of the returning beams vary greatly between the individuals. When an object has a low transmittance and a low intensity of the returning beam, measurement of the wavefront aberration or the image may be impossible due to the insufficient amount of exposure.

Weil das Verzweigungsverhältnis zwischen dem Strahlenbündel zum Erfassen der Wellenfront-Aberration und dem Strahlenbündel für die Abbildung fest ist, kann die Messung unmöglich werden oder kann sich der Rauschabstand verringern, wenn es große Unterschiede zwischen den einzelnen Objekten wie im Vorhergehenden gibt. Deshalb können die Objekte, die durch Beobachtungsvorrichtungen, die die herkömmlichen Kompensationstechniken für die Wellenfront-Aberration verwenden, beobachtet oder gemessen werden können, in einigen Fällen eingeschränkt sein.Since the branching ratio between the beam for detecting the wavefront aberration and the beam for imaging is fixed, the measurement may become impossible or the S / N ratio may decrease if there are large differences between objects as above. Therefore, the objects that can be observed or measured by observation devices using the conventional wavefront aberration compensation techniques may be limited in some cases.

Um die obenerwähnten Probleme zu überwinden, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beobachtungsvorrichtung zu schaffen, die einen weiten Bereich von Objekten unter Verwendung einer Kompensationstechnik für die Wellenfront-Aberration beobachten oder messen kann.In order to overcome the above-mentioned problems, it is an object of the present invention to provide an observation apparatus which can observe or measure a wide range of objects using a wavefront aberration compensation technique.

Die Lösung des ProblemsThe solution of the problem

Die Beobachtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst (1) eine Lichtquelleneinheit zum Ausgeben von Licht; (2) ein optisches Bestrahlungssystem zum Bestrahlen eines Objekts mit dem von der Lichtquelleneinheit ausgegebenen Licht; (3) ein optisches Erfassungssystem zum Führen eines bei der Bestrahlung des Objekts mit dem Licht von dem optischen Bestrahlungssystem erzeugten Strahlenbündels; (4) eine Wellenfront-Modulationseinheit zum Darstellen eines Kompensations-Phasenmusters zum Kompensieren einer Aberration des Eingangslichts und eines Verzweigungs-Phasenmusters zum Aufspalten des Eingangslichts in ein erstes und ein zweites Strahlenbündel, Eingeben des durch das optische Erfassungssystem geführten Strahlenbündels, Phasenmodulieren des eingegebenen Strahlenbündels entsprechend dem Kompensations-Phasenmuster und dem Verzweigungs-Phasenmuster und Ausgeben des phasenmodulierten Strahlenbündels; (5) ein optisches Verzweigungssystem zum Führen des ersten und des zweiten Strahlenbündels, die von der Wellenfront-Modulationseinheit ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, in entsprechende Richtungen, die voneinander verschieden sind; (6) eine Lichterfassungseinheit zum Empfangen des ersten Strahlenbündels, das durch das optische Verzweigungssystem geführt und in sie eingegeben wird, und Erfassen einer Leistung des so empfangenen ersten Strahlenbündels; (7) eine Wellenfront-Erfassungseinheit zum Empfangen des zweiten Strahlenbündels, das durch das optische Verzweigungssystem geführt und in sie eingegeben wird, und Erfassen einer Wellenfront des so empfangenen zweiten Strahlenbündels; und (8) eine Steuereinheit zum Einstellen des durch die Wellenfront-Modulationseinheit dargestellten Kompensations-Phasenmusters entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit erfassten Wellenfront und des durch die Wellenfront-Modulationseinheit dargestellten Verzweigungs-Phasenmusters entsprechend einem Zielwert für das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden.The observation device according to the present invention comprises (1) a light source unit for outputting light; (2) an irradiation optical system for irradiating an object with the light output from the light source unit; ( 3 ) an optical detection system for guiding a beam generated when the object is irradiated with the light from the optical irradiation system; (4) a wavefront modulation unit for displaying a compensation phase pattern for compensating for an aberration of the input light and a branching phase pattern for splitting the input light into first and second beams, inputting the beam guided by the detection optical system, phase modulating the input beam accordingly the compensation phase pattern and the branching phase pattern and outputting the phase modulated beam; (5) a branching optical system for guiding the first and second beams outputted from the wavefront modulation unit while being split under the action of the branching phase pattern in respective directions different from each other; (6) a light detecting unit for receiving the first beam passed through and inputted to the branching optical system and detecting a power of the first beam thus received; (7) a wavefront detection unit for receiving the second beam passed through and inputted to the branching optical system and detecting a wavefront of the second beam thus received; and (8) a control unit for setting the compensation phase pattern represented by the wavefront modulation unit corresponding to the wavefront detected by the wavefront detection unit and the branching phase pattern represented by the wavefront modulation unit in accordance with a target value for the power ratio between the first and second Beams outputted from the wavefront modulation unit while being split under the action of the branching phase pattern.

In der Beobachtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bestrahlt das von der Lichtquelleneinheit ausgegebene Licht das Objekt durch das optische Bestrahlungssystem. Ein bei der Bestrahlung des Objekts mit dem Licht von dem optischen Bestrahlungssystem erzeugtes Strahlenbündel wird durch das optische Erfassungssystem zur Wellenfront-Modulationseinheit geführt. Die Wellenfront-Modulationseinheit stellt ein Kompensations-Phasenmuster zum Kompensieren einer Aberration des Eingangslichts und ein Verzweigungs-Phasenmuster zum Aufspalten des Eingangslichts in ein erstes und ein zweites Strahlenbündel dar. Das durch das optische Erfassungssystem geführte Strahlenbündel wird in die Wellenfront-Modulationseinheit eingegeben, entsprechend dem Kompensations-Phasenmuster und dem Verzweigungs-Phasenmuster phasenmoduliert und dann von der Wellenfront-Modulationseinheit ausgegeben. Das Verzweigungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel reicht von 1:0 bis 0:1. Das bei der Bestrahlung des Objekts mit dem Licht von dem optischen Bestrahlungssystem erzeugte Strahlenbündel ist nicht auf reflektierte und gestreute Strahlenbündel eingeschränkt, sondern es kann Fluoreszenz, raman-gestreutes Licht, Harmonische zweiter und höherer Ordnung oder dergleichen sein.In the observation device according to the present invention, the light output from the light source unit irradiates the object through the irradiation optical system. A beam generated by the optical irradiation system when the object is irradiated with the light is guided to the wavefront modulation unit by the optical detection system. The wavefront modulation unit represents a compensation phase pattern for compensating an aberration of the input light and a branching phase pattern for splitting the input light into first and second beams. The beam guided by the detection optical system is inputted to the wavefront modulation unit according to the Compensation phase pattern and the branching phase pattern phase-modulated and then output from the wavefront modulation unit. The branching ratio between the first and the second beam ranges from 1: 0 to 0: 1. The bundle of rays generated by the irradiation optical system when the object is irradiated is not restricted to reflected and scattered bundles of rays, but can be fluorescence, Raman-scattered light, second and higher order harmonics or the like.

Das erste und das zweite Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, werden durch das optische Verzweigungssystem in entsprechende Richtungen, die voneinander verschieden sind, geführt. Das erste Strahlenbündel, das durch das optische Verzweigungssystem so geführt wird, um in die Lichterfassungseinheit eingespeist zu werden, wird durch die Letztere empfangen, wodurch die Leistung des so empfangenen ersten Strahlenbündels erfasst wird. Das zweite Strahlenbündel, das durch das optische Verzweigungssystem so geführt wird, um in die Wellenfront-Erfassungseinheit eingespeist zu werden, wird durch die Letztere empfangen, wodurch die Wellenfront des so empfangenen zweiten Strahlenbündels erfasst wird. Entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit erfassten Wellenfront stellt die Steuereinheit das durch die Wellenfront-Modulationseinheit dargestellte Kompensations-Phasenmuster ein. Entsprechend einem Zielwert für das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, stellt die Steuereinheit das durch die Wellenfront-Modulationseinheit dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster ein.The first and second beams output from the wavefront modulation unit while being split under the action of the branching phase pattern are guided in respective directions different from each other by the branching optical system. The first bundle of rays that passed through the branching optical system is guided so as to be fed into the light detecting unit is received by the latter, whereby the power of the first beam thus received is detected. The second beam guided by the branching optical system so as to be fed into the wavefront detection unit is received by the latter, whereby the wavefront of the second beam thus received is detected. According to the wavefront detected by the wavefront detection unit, the control unit sets the compensation phase pattern represented by the wavefront modulation unit. According to a target value for the power ratio between the first and second beams output from the wavefront modulation unit while they are being split under the action of the branching phase pattern, the control unit sets the branching phase pattern represented by the wavefront modulating unit.

Vorzugsweise umfasst in der Beobachtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Wellenfront-Modulationseinheit ein Wellenfront-Modulationselement, das ein Phasenmuster darstellt, in dem das Kompensations-Phasenmuster und das Verzweigungs-Phasenmuster einander überlagert sind. Es ist außerdem bevorzugt, dass die Wellenfront-Modulationseinheit ein erstes Wellenfront-Modulationselement zum Darstellen des Kompensations-Phasenmusters und ein zweites Wellenfront-Modulationselement zum Darstellen des Verzweigungs-Phasenmusters umfasst.Preferably, in the observation device according to the present invention, the wavefront modulation unit includes a wavefront modulation element representing a phase pattern in which the compensation phase pattern and the branching phase pattern are superposed on each other. It is also preferred that the wavefront modulation unit comprises a first wavefront modulation element for displaying the compensation phase pattern and a second wavefront modulation element for displaying the branching phase pattern.

Vorzugsweise stellt in der Beobachtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Steuereinheit den Zielwert für das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, entsprechend der Leistung des durch die Lichterfassungseinheit empfangenen ersten Strahlenbündels und/oder der Leistung des durch die Wellenfront-Erfassungseinheit empfangenen zweiten Strahlenbündels ein. Es ist außerdem bevorzugt, dass die Steuereinheit eine Leistung des von der Lichtquelleneinheit ausgegebenen Lichts, um das Objekt durch das optische Bestrahlungssystem zu bestrahlen, entsprechend der Leistung des durch die Lichterfassungseinheit empfangenen ersten Strahlenbündels und/oder der Leistung des durch die Wellenfront-Erfassungseinheit empfangenen zweiten Strahlenbündels steuert.Preferably, in the observation device according to the present invention, the control unit sets the target value for the power ratio between the first and second beams output from the wavefront modulation unit while being split under the action of the branching phase pattern, according to the power of the through the first beam received by the light detection unit and / or the power of the second beam received by the wavefront detection unit. It is also preferred that the control unit determine a power of the light output from the light source unit to irradiate the object by the irradiation optical system, corresponding to the power of the first beam received by the light detection unit and / or the power of the second received by the wavefront detection unit Beam controls.

Die vorteilhaften Wirkungen der ErfindungThe beneficial effects of the invention

Die Beobachtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen weiten Bereich von Objekten unter Verwendung einer Kompensationstechnik für die Wellenfront-Aberration beobachten oder messen.The observation apparatus according to the present invention can observe or measure a wide range of objects using a wavefront aberration compensation technique.

FigurenlisteFigure list

• 1 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform; 1 Fig. 13 is a structural diagram of an observation device 1 according to a first embodiment;
• 2 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer Wellenfront-Modulationseinheit 30 veranschaulicht; 2 Fig. 13 is a sectional view showing an example of a wavefront modulation unit 30th illustrates;
• 3 ist eine strukturelle graphische Darstellung, die ein Beispiel einer Wellenfront-Erfassungseinheit 60 veranschaulicht; 3 Fig. 13 is a structural diagram showing an example of a wavefront detection unit 60 illustrates;
• 4 ist ein Ablaufplan der Verarbeitung durch eine Wellenfront-Messeinheit 61 in dem Fall, in dem ein Shack-Hartmann-Sensor als die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 verwendet wird; 4th Fig. 16 is a flow chart of processing by a wavefront measuring unit 61 in the event that a shack- Hartmann sensor as the wavefront detection unit 60 is used;
• 5 ist eine graphische Darstellung, die strukturelle Beispiele einer optischen Verzweigungseinheit 40 veranschaulicht; 5 Fig. 13 is a diagram showing structural examples of an optical branch unit 40 illustrates;
• 6 ist eine graphische Darstellung, die die Phasenverteilungs-Querschnitte in einem Blaze-Phasenbeugungsgitter als ein Verzweigungs-Phasenmuster veranschaulicht; 6th Fig. 13 is a diagram illustrating phase distribution cross sections in a blazed phase diffraction grating as a branching phase pattern;
• 7 ist eine graphische Darstellung, die ein tatsächliches Beispiel des Blaze-Phasenbeugungsgitters als ein Verzweigungs-Phasenmuster veranschaulicht; 7th Fig. 13 is a diagram illustrating an actual example of the blazed phase diffraction grating as a branching phase pattern;
• 8 ist eine Tabelle, die eine durch eine Berechnung bestimmte Beziehung zwischen dem Teilungsverhältnis (I_1/I₀) und der Phasenmodulationstiefe h veranschaulicht; 8th Fig. 13 is a table illustrating a calculation determined relationship between the division ratio (I _{1 /} I ₀ ) and the phase modulation depth h;
• 9 ist eine graphische Darstellung, die die durch Experimente erhaltenen konvergierten Lichtflecken des ersten bzw. des zweiten Strahlenbündels veranschaulicht; 9 Fig. 13 is a graph showing the converged light spots of the first and second beams, respectively, obtained through experiments;
• 10 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform; 10 Fig. 13 is a structural diagram of an observation device 2 according to a second embodiment;
• 11 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 3 gemäß einer dritten Ausführungsform; 11 Fig. 13 is a structural diagram of an observation device 3 according to a third embodiment;
• 12 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 4 gemäß einer vierten Ausführungsform; 12 Fig. 13 is a structural diagram of an observation device 4th according to a fourth embodiment;
• 13 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 5 gemäß einer fünften Ausführungsform; 13 Fig. 13 is a structural diagram of an observation device 5 according to a fifth embodiment;
• 14 ist ein Ablaufplan der Verarbeitung durch eine Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 in dem Fall, in dem ein Shack-Hartmann-Sensor als die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 verwendet wird; 14th Fig. 13 is a flow chart of processing by a light intensity / wavefront measuring unit 62 in the case where a Shack-Hartmann sensor is used as the wavefront detection unit 60 is used;
• 15 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 6 gemäß einer sechsten Ausführungsform; 15th Fig. 13 is a structural diagram of an observation device 6th according to a sixth embodiment;
• 16 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 7 gemäß einer siebenten Ausführungsform; und 16 Fig. 13 is a structural diagram of an observation device 7th according to a seventh embodiment; and
• 17 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 8 gemäß einer achten Ausführungsform. 17th Fig. 13 is a structural diagram of an observation device 8th according to an eighth embodiment.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1 bis 81 to 8

Beobachtungsvorrichtung;Observation device;

1010

Lichtquelleneinheit;Light source unit;

1111

Lichtquellentreiber,Light source driver,

2020th

zweiachsiges Abtastsystem;two-axis scanning system;

30 bis 3230 to 32

Wellenfront Modulationseinheit;Wavefront modulation unit;

4040

optische Verzweigungseinheit;optical branching unit;

5050

Lichterfassungseinheit;Light detection unit;

5151

Aperturblende;Aperture stop;

6060

Wellenfront-Erfassungseinheit;Wavefront detection unit;

6161

Wellenfront Messeinheit;Wavefront measuring unit;

6262

Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit;Light intensity / wavefront measuring unit;

70 bis 7670 to 76

Steuereinheit.Control unit.

Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments

Im Folgenden werden die besten Arten zum Ausführen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ausführlich erklärt. Bei der Erklärung der Zeichnung wird auf die gleichen Bestandteile durch die gleichen Bezugszeichen Bezug genommen, während überlappende Erklärungen weggelassen werden.The following explains in detail the best modes for carrying out the present invention with reference to the accompanying drawings. In explaining the drawings, the same components are referred to by the same reference numerals, while overlapping explanations are omitted.

Die erste AusführungsformThe first embodiment

Zunächst wird die Beobachtungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erklärt. 1 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Die in dieser graphischen Darstellung veranschaulichte Beobachtungsvorrichtung 1 ist eine Vorrichtung, die bei einer Fundusabbildung des Abtasttyps zum Beobachten eines Fundus 91 eines Auges 90 als ein Objekt verwendet wird, wobei sie eine Lichtquelleneinheit 10, ein zweiachsiges Abtastsystem 20, eine Wellenfront-Modulationseinheit 30, eine optische Verzweigungseinheit 40, eine Lichterfassungseinheit 50, eine Wellenfront-Erfassungseinheit 60, eine Steuereinheit 70 und dergleichen umfasst.First, the observation device according to the first embodiment will be explained. 1 Fig. 13 is a structural diagram of an observation device 1 according to the first embodiment. The observation device illustrated in this graph 1 Fig. 13 is an apparatus used in scan type fundus imaging for observing a fundus 91 of an eye 90 as an object, using a light source unit 10 , a two-axis scanning system 20th , a wavefront modulation unit 30th , an optical branching unit 40 , a light detection unit 50 , a wavefront detection unit 60 , a control unit 70 and the like.

Die Lichtquelleneinheit 10 gibt Licht aus, um den Fundus 91 zu bestrahlen, wobei sie vorzugsweise ein lichtemittierendes Element, wie z. B. eine Laser-Diode (LD) oder eine superlumineszierende Diode (SLD), enthält, das als eine Punktlichtquelle betrachtet werden kann. Das von der Lichtquelleneinheit 10 ausgegebenen Licht wird durch eine Linse L₀ kollimiert und durch einen halbdurchlässigen Spiegel HM durchgelassen, um in das zweiachsige Abtastsystem 20 eingespeist werden.The light source unit 10 emits light to irradiate the fundus 91, preferably using a light emitting element such as a light emitting element. A laser diode (LD) or a superluminescent diode (SLD), which can be viewed as a point light source. That from the light source unit 10 Output light is collimated by a lens L ₀ and transmitted through a semi-transparent mirror HM to enter the biaxial scanning system 20th be fed in.

Das zweiachsige Abtastsystem 20, das den Fundus 91 mit dem von der Lichtquelleneinheit 10 ausgegebenen Licht bestrahlt und die Lichtbestrahlungsposition abtastet, enthält eine Linse L₁, die Spiegel M₁ bis M₇, einen horizontalen Abtastmechanismus HS und einen vertikalen Abtastmechanismus VS. Jeder der Spiegel M₁ bis M₅ besitzt eine konkave reflektierende Oberfläche, während jeder der Spiegel M₆ und M₇ eine flache reflektierende Oberfläche besitzt. Das von dem halbdurchlässigen Spiegel HM in das zweiachsige Abtastsystem 20 eingespeiste Licht durchläuft der Reihe nach die Linse L₁, die Spiegel M₇, M₆ und M₅, den horizontalen Abtastmechanismus HS, die Spiegel M₄ und M₃, den vertikalen Abtastmechanismus VS und die Spiegel M₂ und M₁ und bestrahlt ferner den Fundus 91 durch eine Pupillenfläche 92 des Auges 90 konvergent.The two-axis scanning system 20th that connects the fundus 91 with that of the light source unit 10 irradiates output light and scans the light irradiation position, includes a lens L ₁ , mirrors M ₁ to M ₇ , a horizontal scanning mechanism HS, and a vertical scanning mechanism VS. Each of the mirrors M ₁ to M ₅ has a concave reflective surface, while each of the mirrors M ₆ and M _{7 has} a flat reflective surface. That from the semi-transparent mirror HM into the two-axis scanning system 20th Light injected sequentially passes through the lens L ₁ , the mirrors M ₇ , M ₆ and M ₅ , the horizontal scanning mechanism HS, the mirrors M ₄ and M ₃ , the vertical scanning mechanism VS, and the mirrors M ₂ and M ₁ and is further irradiated the fundus 91 convergent through a pupil surface 92 of the eye 90.

Die Lichtbestrahlungsposition im Fundus 91 wird mit dem horizontalen Abtastmechanismus HS und den vertikalen Abtastmechanismus VS zweidimensional abgetastet. Das sich von der Lichtquelleneinheit 10 zum Fundus 91 durch die Linse L₀, den halbdurchlässigen Spiegel HM und das zweiachsige Abtastsystem 20 erstreckende optische System bildet ein optisches Bestrahlungssystem zum Bestrahlen des Objekts (des Fundus 91) mit dem von der Lichtquelleneinheit 10 ausgegebenen Licht.The light irradiation position in the fundus 91 is two-dimensionally scanned with the horizontal scanning mechanism HS and the vertical scanning mechanism VS. That is different from the light source unit 10 to the fundus 91 through the lens L ₀ , the semi-transparent mirror HM and the two-axis scanning system 20th The extending optical system constitutes an irradiation optical system for irradiating the object (the fundus 91) with that of the light source unit 10 emitted light.

Wenn der Fundus 91 durch das zweiachsige Abtastsystem 20 mit Licht konvergent bestrahlt wird, tritt ein reflektiertes oder gestreutes Strahlenbündel in einer Position auf, in der das Licht konvergiert wird. Das in der Konvergenzposition im Fundus 91 erzeugte Strahlenbündel wird durch die Pupillenfläche 92 in das zweiachsige Abtastsystem 20 eingespeist, vom zweiachsigen Abtastsystem 20 durch einen Weg, der zu dem zum Zeitpunkt der Bestrahlung im zweiachsigen Abtastsystem 20 entgegengesetzt ist, zu dem halbdurchlässigen Spiegel HM ausgegeben und durch den halbdurchlässigen Spiegel HM reflektiert, um durch die Linsen L₂ und L₃ in die Wellenfront-Modulationseinheit 30 eingespeist zu werden. Das optische System, das sich vom Fundus 91 durch das zweiachsige Abtastsystem 20, den halbdurchlässigen Spiegel HM und die Linsen L₂ und L₃ zur Wellenfront-Modulationseinheit 30 erstreckt, bildet ein optisches Erfassungssystem, um das bei der Bestrahlung des Objekts (des Fundus 91) mit dem Licht von dem optischen Bestrahlungssystem erzeugte Strahlenbündel zur Wellenfront-Modulationseinheit 30 zu führen.When the fundus 91 through the two-axis scanning system 20th is convergently irradiated with light, a reflected or scattered beam occurs in a position where the light is converged. The bundle of rays generated in the convergence position in the fundus 91 is passed through the pupil surface 92 into the biaxial scanning system 20th fed in by the two-axis scanning system 20th by a path that corresponds to that at the time of irradiation in the two-axis scanning system 20th opposite, is output to the semi-transparent mirror HM and reflected by the semi-transparent mirror HM to through the lenses L ₂ and L ₃ in the wavefront modulation unit 30th to be fed. The optical system that extends from the fundus 91 through the two-axis scanning system 20th , the semi-transparent mirror HM and the lenses L ₂ and L ₃ for Wavefront modulation unit 30th extends, forms an optical detection system around the beam generated when the object (the fundus 91) is irradiated with the light from the irradiation optical system to the wavefront modulation unit 30th respectively.

Die Wellenfront-Modulationseinheit 30, die die Wellenfront des Eingangslichts einstellt und das Licht nach der Einstellung ausgibt, enthält vorzugsweise einen räumlichen Lichtmodulator eines Phasenmodulationstyps. Der räumliche Lichtmodulator des Phasenmodulationstyps enthält mehrere zweidimensional angeordnete Bildpunkte, stellt ein Phasenmuster zum Modulieren der Phase des Eingangslichts an jedem der mehreren Bildpunkte dar und gibt das Licht nach der Phasenmodulation aus. Der räumliche Lichtmodulator des Phasenmodulationstyps kann entweder reflektierend oder durchlassend sein. Der reflektierende räumliche Lichtmodulator kann irgendeines aus einem LCOS (Flüssigkristall auf Silizium), MEMS (mikroelektromechanischen Systemen) oder optisch adressierte Typen sein. Der durchlassende räumliche Lichtmodulator kann eine LCD (Flüssigkristallanzeige) oder dergleichen sein. 1 veranschaulicht einen räumlichen Lichtmodulator des Phasenmodulationstyps als die Wellenfront-Modulationseinheit 30.The wavefront modulation unit 30th which adjusts the wavefront of the input light and outputs the light after adjustment, preferably includes a spatial light modulator of a phase modulation type. The phase modulation type spatial light modulator includes a plurality of pixels arranged two-dimensionally, represents a phase pattern for modulating the phase of the input light at each of the plurality of pixels, and outputs the light after the phase modulation. The phase modulation type spatial light modulator may be either reflective or transmissive. The reflective spatial light modulator may be any of LCOS (Liquid Crystal On Silicon), MEMS (Micro Electromechanical Systems), or optically addressed types. The transmissive spatial light modulator may be an LCD (liquid crystal display) or the like. 1 Fig. 10 illustrates a phase modulation type spatial light modulator as the wavefront modulation unit 30th .

Die Wellenfront-Modulationseinheit 30 stellt ein Kompensations-Phasenmuster zum Kompensieren einer Aberration des Eingangslichtes und ein Verzweigungs-Phasenmuster zum Aufspalten des Eingangslichts in ein erstes und ein zweites Strahlenbündel dar. Insbesondere enthält die Wellenfront-Modulationseinheit 30 in dieser Ausführungsform ein Wellenfront-Modulationselement zum Darstellen eines Phasenmusters, in dem das Kompensations-Phasenmuster und das Verzweigungs-Phasenmuster einander überlagert sind. In die Wellenfront-Modulationseinheit 30 wird das durch das optische Erfassungssystem geführte Strahlenbündel eingegeben, wobei sie die Phasenmodulation des eingegebenen Strahlenbündels entsprechend dem Kompensations-Phasenmuster und dem Verzweigungs-Phasenmuster ausführt und das phasenmodulierte Strahlenbündel ausgibt. Das Kompensations-Phasenmuster versieht das Strahlenbündel mit einer derartigen Phasenmodulation, um eine Wellenfront-Aberration zu kompensieren, die während der Ausbreitung des Strahlenbündels durch das optische Bestrahlungssystem und das optische Erfassungssystem erzeugt wird. Andererseits besitzt das Verzweigungs-Phasenmuster vorzugsweise einen hohen Lichtbeugungs-Wirkungsgrad, wobei es die Beugungsenergie in zwei spezifischen Ordnungen konvergiert und ihr Intensitätsverhältnis steuern kann, wobei ein Beispiel dessen ein Blaze-Phasenbeugungsgitter ist, das das Licht in Licht nullter Ordnung und gebeugtes Licht erster Ordnung aufspaltet. In diesem Fall wird das Licht nullter Ordnung oder das gebeugte Licht erster Ordnung das erste Strahlenbündel, während das andere das zweite Strahlenbündel wird.The wavefront modulation unit 30th shows a compensation phase pattern for compensating for an aberration of the input light and a branching phase pattern for splitting the input light into a first and a second beam. In particular, the wavefront modulation unit contains 30th In this embodiment, a wavefront modulation element for displaying a phase pattern in which the compensation phase pattern and the branching phase pattern are superimposed on each other. Into the wavefront modulation unit 30th the beam guided by the detection optical system is inputted, performing the phase modulation of the inputted beam in accordance with the compensation phase pattern and the branching phase pattern and outputting the phase modulated beam. The compensation phase pattern provides the beam with such a phase modulation as to compensate for a wavefront aberration that is generated during the propagation of the beam through the irradiation optical system and the detection optical system. On the other hand, the branch phase pattern preferably has a high light diffraction efficiency, wherein it converges the diffraction energy in two specific orders and can control their intensity ratio, an example of which is a blazed phase diffraction grating, the light in zero order light and first order diffracted light splits. In this case, the zero-order light or the first-order diffracted light becomes the first beam while the other becomes the second beam.

Das erste und das zweite Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, gehen durch eine Linse L₄ hindurch, wobei durch die optische Verzweigungseinheit 40 bewirkt wird, dass sie in entsprechenden Richtungen, die voneinander verschieden sind, weitergehen. Von den von der optischen Verzweigungseinheit 40 ausgegebenen Strahlenbündeln wird das erste Strahlenbündel durch eine Linse L₅ und eine Aperturblende 51 in die Lichterfassungseinheit 50 eingespeist, während das zweite Strahlenbündel durch eine Linse L₆ in die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 eingespeist wird. Das optische System, das sich von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 durch die Linse L₄, die optische Verzweigungseinheit 40 und die Linsen L₅, L₆ zur Lichterfassungseinheit 50 bzw. zur Wellenfront-Erfassungseinheit 60 erstreckt, bildet ein optisches Verzweigungssystem zum Führen des ersten und des zweiten Strahlenbündels, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, in entsprechende Richtungen, die voneinander verschieden sind.The first and the second beam emitted by the wavefront modulation unit 30th outputted while being split under the action of the branching phase pattern, pass through a lens L ₄ through the branching optical unit 40 they are caused to proceed in respective directions different from each other. From the ones from the optical branching unit 40 The first bundle of rays is output through a lens L ₅ and an aperture stop 51 into the light detection unit 50 fed, while the second beam through a lens L ₆ in the wavefront detection unit 60 is fed in. The optical system that differs from the wavefront modulation unit 30th through the lens L ₄ , the optical branching unit 40 and the lenses L ₅ , L ₆ to the light detection unit 50 or to the wavefront detection unit 60 extends, forms an optical branching system for guiding the first and second beams emitted by the wavefront modulation unit 30th are outputted while being split under the action of the branching phase pattern, in respective directions different from each other.

Hier ist die Wellenfront-Modulationseinheit 30 in einer vorderen Brennpunktposition der Linse L₄ angeordnet, ist die optische Verzweigungseinheit 40 in einer hinteren Brennpunktposition der Linse L₄ angeordnet und bildet die Linse L₄ ein optisches Fourier-Transformationssystem. Deshalb konvergieren sowohl das erste als auch das zweite Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, an dem Ort (der hinteren Brennpunktposition der Linse L₄), wo die optische Verzweigungseinheit 40 angeordnet ist. Indem z. B. ein reflektierender Abschnitt in einer der Konvergenzpositionen des ersten bzw. des zweiten Strahlenbündels und ein durchlassender Abschnitt in der anderen Konvergenzposition vorgesehen sind, kann die optische Verzweigungseinheit 40 das erste und das zweite Strahlenbündel räumlich völlig voneinander trennen.Here is the wavefront modulation unit 30th arranged in a front focal position of the lens L ₄ is the optical branching unit 40 arranged in a rear focal position of the lens L ₄ and forms the lens L ₄ an optical Fourier transform system. Therefore, both the first and the second bundle of rays from the wavefront modulation unit converge 30th are output at the place (the back focus position of the lens L ₄ ) where the optical branching unit 40 is arranged. By z. B. a reflective section are provided in one of the convergence positions of the first or the second beam and a transmitting section in the other convergence position, the optical branching unit 40 the first and second bundles of rays spatially completely separate from one another.

Die Pupillenfläche 92 des Auges 90, der horizontale Abtastmechanismus HS, der vertikale Abtastmechanismus VS, die Wellenfront-Modulationseinheit 30 und die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 sind in zueinander konjugierten Positionen angeordnet. Der Fundus 91 des Auges 90, die optische Verzweigungseinheit 40 und die Lichterfassungseinheit 50 sind außerdem in zueinander konjugierten Positionen angeordnet.The pupil surface 92 of the eye 90, the horizontal scanning mechanism HS, the vertical scanning mechanism VS, the wavefront modulation unit 30th and the wavefront detection unit 60 are arranged in mutually conjugate positions. The fundus 91 of the eye 90, the optical branching unit 40 and the light detection unit 50 are also arranged in mutually conjugate positions.

Die Lichterfassungseinheit 50 empfängt das erste Strahlenbündel, das durch das optische Verzweigungssystem geführt und in sie eingegeben wird, und erfasst eine Leistung des so empfangenen ersten Strahlenbündels. Vorzugsweise enthält die Lichterfassungseinheit 50 eine Photodiode. Während das zweiachsige Abtastsystem 20 die Lichtbestrahlungsposition im Fundus 91 zweidimensional abtastet, erfasst die Lichterfassungseinheit 50 die optische Leistung. Dies liefert ein Bild des Fundus 91. Hier konstruiert das Anordnen der Aperturblende 51 in einer zum Fundus 91 konjugierten Position vor der Lichterfassungseinheit 50 ein konfokales optisches System.The light detection unit 50 receives the first beam passed through and inputted to the branching optical system, and detects a power of the first beam thus received. The light detection unit preferably contains 50 a photodiode. While the two-axis scanning system 20th scans the light irradiation position in the fundus 91 two-dimensionally, the light detection unit detects 50 the optical performance. This provides an image of the fundus 91. Here the arrangement of the aperture diaphragm is constructed 51 in a position conjugated to the fundus 91 in front of the light detection unit 50 a confocal optical system.

Die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfängt das zweite Strahlenbündel, das durch das optische Verzweigungssystem geführt und in sie eingegeben wird, und erfasst eine Wellenfront des so empfangenen zweiten Strahlenbündels. Vorzugsweise enthält die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 einen Shack-Hartmann-Sensor, einen Krümmungssensor, ein Shearing-Interferometer oder dergleichen. Die Linsen L₄, L₆ bilden ein bilaterales telezentrisches Linsensystem, die Wellenfront-Modulationseinheit 30 ist in der vorderen Brennpunktposition der Linse L₄ angeordnet und die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 ist in der hinteren Brennpunktposition der Linse L₆ angeordnet.The wavefront detection unit 60 receives the second beam passed through and inputted to the branching optical system, and detects a wavefront of the second beam thus received. The wavefront detection unit preferably contains 60 a Shack-Hartmann sensor, a curvature sensor, a shearing interferometer or the like. The lenses L ₄ , L ₆ form a bilateral telecentric lens system, the wavefront modulation unit 30th is arranged in the front focal position of the lens L ₄ and the wavefront detection unit 60 is arranged in the rear focus position of the lens L ₆ .

Entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 erfassten Wellenfront des zweiten Strahlenbündels misst die Wellenfront-Messeinheit 61 eine Wellenfrontverzerrung des zweiten Strahlenbündels. Die Wellenfrontverzerrung des zweiten Strahlenbündels zu diesem Zeitpunkt ist eine, die erhalten wird, indem die durch das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Kompensations-Phasenmuster verursachte Phasenmodulation zur Wellenfront-Aberration hinzugefügt wird, die während dessen erzeugt wird, wenn sich das Licht durch das optische Bestrahlungssystem und das optische Erfassungssystem ausbreitet, wobei sie ein Übermaß oder einen Mangel bei der Kompensation der Wellenfront-Aberration durch das Kompensations-Phasenmuster darstellt.Corresponding to that by the wavefront detection unit 60 The wavefront measuring unit measures the detected wavefront of the second beam 61 a wavefront distortion of the second beam. The wavefront distortion of the second beam at this time is one obtained by passing through the through the wavefront modulation unit 30th phase modulation caused by the compensation phase pattern shown is added to the wavefront aberration generated during this when the light propagates through the irradiation optical system and the detection optical system, whereby there is an excess or deficiency in the compensation of the wavefront aberration by the compensation - represents phase pattern.

Entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 und die Wellenfront-Messeinheit 61 erfassten Wellenfront stellt die Steuereinheit 70 das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Kompensations-Phasenmuster durch dessen Regelung ein, so dass die Verzerrung der erfassten Wellenfront kleiner wird. In Reaktion auf einem Zielwert für das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, stellt die Steuereinheit 70 das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster ein.Corresponding to that by the wavefront detection unit 60 and the wavefront measuring unit 61 detected wave front is provided by the control unit 70 that by the wavefront modulation unit 30th compensation phase pattern shown by regulating it, so that the distortion of the detected wavefront becomes smaller. In response to a target value for the power ratio between the first and second beams provided by the wavefront modulation unit 30th are output while they are being split under the action of the branching phase pattern, the control unit provides 70 that by the wavefront modulation unit 30th branch phase pattern shown.

Weil das Kompensations-Phasenmuster durch die Regelung in der Steuereinheit 70 eingestellt wird, ist die Verzerrung der Wellenfront des durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfangenen zweiten Strahlenbündels eliminiert. Weil die Wellenfront des durch die Lichterfassungseinheit 50 empfangenen ersten Strahlenbündels die gleiche wie die des durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfangenen zweiten Strahlenbündels ist, ist die Verzerrung der Wellenfront des durch die Lichterfassungseinheit 50 empfangenen ersten Strahlenbündels außerdem eliminiert. Deshalb kann die Beobachtungsvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform ein Bild des Fundus 91 erhalten, das durch die Wellenfront-Aberration weniger beeinflusst ist. Weil das Leistungsverhältnis des ersten und des zweiten Strahlenbündels, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, während sie aufgespalten werden, in Reaktion auf den Zielwert durch die Einstellung des Verzweigungs-Phasenmusters in der Steuereinheit 70 eingestellt wird, kann die Beobachtungsvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform einen weiten Bereich von Objekten unter Verwendung einer Kompensationstechnik für die Wellenfront-Aberration beobachten oder messen.Because the compensation phase pattern is regulated in the control unit 70 is set, the distortion of the wavefront is the by the wavefront detection unit 60 Eliminated received second beam. Because the wavefront of the through the light detection unit 50 received first beam is the same as that of the by the wavefront detection unit 60 received second bundle of rays is the distortion of the wavefront of the by the light detection unit 50 received first beam also eliminated. Therefore, the observation device 1 according to this embodiment, an image of the fundus 91 can be obtained which is less influenced by the wavefront aberration. Because the power ratio of the first and second beams generated by the wavefront modulation unit 30th are output while being split in response to the target value by the setting of the branching phase pattern in the control unit 70 is set, the observation device 1 in accordance with this embodiment, observe or measure a wide range of objects using a wavefront aberration compensation technique.

Beispiele der Ursachen für die Wellenfrontverzerrung enthalten Fehler bei dem Entwerfen und Herstellen der Objekte und verschiedener optische Elemente, ihre Ausrichtungsfehler, Fluktuationen aufgrund thermischer Effekte der Medien, durch die das Licht hindurchgeht, Fluktuationen in der Emission der Lichtquelle und Aberrationen und sehr kleine Bewegungen der zu messenden Objekte. Diese verringern die Qualität der durch die Lichterfassungseinheit 50 gemessenen Bilder. Das Eliminieren der Wellenfrontverzerrung unter Verwendung einer Kompensationstechnik für die Wellenfront-Aberration kann eine Bilderzeugungseigenschaft wiederherstellen, wodurch retinale Fundusbilder mit hoher Auflösung und hohem Kontrast erhalten werden können.Examples of the causes of the wavefront distortion include errors in the design and manufacture of the objects and various optical elements, their misalignment, fluctuations due to thermal effects of the media through which the light passes, fluctuations in the emission of the light source and aberrations, and very small movements of the too measuring objects. These reduce the quality of the through the light detection unit 50 measured images. Eliminating the wavefront distortion by using a wavefront aberration compensation technique can restore an imaging property, whereby retinal fundus images of high resolution and high contrast can be obtained.

2 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel der Wellenfront-Modulationseinheit 30 veranschaulicht. Diese Zeichnung stellt einen räumlichen Lichtmodulator des LCOS-Typs als die Wellenfront-Modulationseinheit dar und repräsentiert eine Querschnittsstruktur, die fünf Bildpunkten entspricht. Der räumlichen Lichtmodulator des LCOS-Typs als die Wellenfront-Modulationseinheit 30 enthält einen Siliziumsubstratträger 301, mehrere zweidimensional angeordnete Bildpunktelektroden-Schaltungen 302, einen dielektrischen Spiegel 303, einen Ausrichtungsfilm 304, Abstandshalter 305, eine Flüssigkristallschicht 306, einen Ausrichtungsfilm 307, eine transparente Elektrode 308 und ein Glassubstrat 309. 2 Fig. 13 is a sectional view showing an example of the wavefront modulation unit 30th illustrated. This drawing shows an LCOS type spatial light modulator as the wavefront modulating unit and represents a cross-sectional structure corresponding to five pixels. The LCOS type spatial light modulator as the wavefront modulation unit 30th includes a silicon substrate carrier 301, a plurality of two-dimensionally arranged pixel electrode circuits 302, a dielectric mirror 303, an alignment film 304, spacers 305, a liquid crystal layer 306, an alignment film 307, a transparent electrode 308, and a glass substrate 309.

Die Lücke zwischen den parallel zueinander angeordneten Ausrichtungsfilmen 304, 307 ist mit den Abstandshaltern 305 geschlossen und mit einem Flüssigkristall gefüllt, um die Flüssigkristallschicht 306 zu bilden. Unter dem Ausrichtungsfilm 304 sind das Siliziumsubstrat 301, die auf dem Siliziumsubstrat 301 ausgebildeten Bildpunktelektroden-Schaltungen 302 und der auf den Bildpunktelektroden-Schaltungen 302 angeordnete dielektrische Spiegel 303 angeordnet. Die transparente Elektrode 308 und das Glassubstrat 309 sind auf dem Ausrichtungsfilm 307 angeordnet.The gap between the alignment films 304, 307 arranged in parallel to each other is closed with the spacers 305 and filled with a liquid crystal to form the liquid crystal layer 306. Under the alignment film 304, the silicon substrate 301, the pixel electrode circuits 302 formed on the silicon substrate 301, and the dielectric mirror 303 disposed on the pixel electrode circuits 302 are disposed. The transparent electrode 308 and the glass substrate 309 are arranged on the alignment film 307.

Das von der Oberseite in dieser Zeichnung eingegebene Licht geht der Reihe nach durch das Glassubstrat 309, die transparente Elektrode 308, den Ausrichtungsfilm 307, die Flüssigkristallschicht 306 und den Ausrichtungsfilm 304 hindurch, wobei es dann durch den dielektrischen Spiegel 303 reflektiert wird. Das so reflektierte Licht geht der Reihe nach durch den Ausrichtungsfilm 304, die Flüssigkristallschicht 306, den Ausrichtungsfilm 307, die transparente Elektrode 308 und das Glassubstrat 309 hindurch, um nach außen ausgegeben zu werden. Der Brechungsindex der Flüssigkristallschicht 306 ändert sich in Abhängigkeit von dem zwischen der transparenten Elektrode 308 und den Bildpunktelektroden-Schaltungen 302 angelegten Spannungswert, wobei dadurch verschiedene optische Weglängen und verschiedene Phasen für das Licht hervorgebracht werden, das sich durch die Flüssigkristallschicht 306 hin- und herbewegt. Das heißt, das Kompensations-Phasenmuster und das Verzweigungs-Phasenmuster sind als entsprechende Spannungswerte gegeben, die an die mehreren zweidimensional angeordneten Bildpunktelektroden-Schaltungen 302 angelegt sind.The light input from the top in this drawing passes through the glass substrate 309, the transparent electrode 308, the alignment film 307, the liquid crystal layer 306, and the alignment film 304 in order, and is then reflected by the dielectric mirror 303. The thus reflected light passes through the alignment film 304, the liquid crystal layer 306, the alignment film 307, the transparent electrode 308, and the glass substrate 309 in order to be output to the outside. The refractive index of the liquid crystal layer 306 changes depending on the voltage value applied between the transparent electrode 308 and the pixel electrode circuits 302, thereby producing different optical path lengths and different phases for the light moving through the liquid crystal layer 306. That is, the compensation phase pattern and the branch phase pattern are given as respective voltage values applied to the plurality of two-dimensionally arranged pixel electrode circuits 302.

3 ist eine strukturelle graphische Darstellung, die ein Beispiel einer Wellenfront-Erfassungseinheit 60 veranschaulicht. Diese Zeichnung stellt einen Shack-Hartmann-Sensor als die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 dar. Der Shack-Hartmann-Sensor als die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 enthält mehrere kleine Linsen 601 und einen Bildsensor 602. Die mehreren kleinen Linsen 601 besitzen die gleiche Struktur und sind zweidimensional in festen Intervallen in einer vorgegebenen Ebene angeordnet. Der Bildsensor 602 besitzt eine lichtempfangende Oberfläche in der hinteren Brennebene der mehreren kleinen Linsen 601 und gibt Informationen hinsichtlich der entsprechenden Konvergenzpositionen der mehreren kleinen Linsen 601 aus. 3 Fig. 13 is a structural diagram showing an example of a wavefront detection unit 60 illustrated. This drawing represents a Shack-Hartmann sensor as the wavefront detection unit 60 The Shack-Hartmann sensor as the wavefront detection unit 60 includes a plurality of small lenses 601 and an image sensor 602. The plurality of small lenses 601 have the same structure and are two-dimensionally arranged at fixed intervals on a predetermined plane. The image sensor 602 has a light receiving surface on the back focal plane of the plurality of small lenses 601, and outputs information on the respective converging positions of the plurality of small lenses 601.

Wenn die Wellenfront des von der linken Seite in dieser Zeichnung eingegebenen Lichts flach ist, sind die entsprechenden Konvergenzpositionen, die durch die mehreren kleinen Linsen 601 auf der lichtempfangenden Oberfläche des Bildsensors 602 gebildet werden, zweidimensional in festen Intervallen angeordnet. Wenn die Wellenfront des eingegebenen Lichts nicht flach ist, sind jedoch die entsprechenden Konvergenzpositionen, die durch die mehreren kleinen Linsen 601 auf der lichtempfangenden Oberfläche des Bildsensors 602 gebildet werden, nicht in festen Intervallen angeordnet. Folglich kann die Verzerrung der Wellenfront des Lichts gemäß den entsprechenden Konvergenzpositionen, die durch die mehreren kleinen Linsen 601 auf der lichtempfangenden Oberfläche des Bildsensors 602 gebildet werden, erfasst werden.When the wavefront of the light input from the left in this drawing is flat, the respective converging positions formed by the plural small lenses 601 on the light receiving surface of the image sensor 602 are two-dimensionally arranged at fixed intervals. However, when the wavefront of the input light is not flat, the respective converging positions formed by the plural small lenses 601 on the light receiving surface of the image sensor 602 are not arranged at fixed intervals. As a result, the distortion of the wavefront of the light can be detected according to the respective converging positions formed by the plural small lenses 601 on the light receiving surface of the image sensor 602.

Die Wellenfront-Messeinheit 61 empfängt ein Ausgangssignal von der Wellenfront-Messeinheit 60, berechnet eine Phasenverteilung der Wellenfront entsprechend dem Ausgangssignal und gibt das Ergebnis der Berechnung zur Steuereinheit 70 aus. Wenn ein Shack-Hartmann-Sensor als die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 verwendet wird, berechnet die Wellenfront-Messeinheit 61 die Phasenverteilung der Wellenfront entsprechend einem von dem Bildsensor 602 des Shack-Hartmann-Sensors ausgegebenen Ausgangssignals, das die Verteilung der Konvergenzpositionen angibt. 4 ist ein Ablaufplan der Verarbeitung durch die Wellenfront-Messeinheit 61 in dem Fall, in dem ein Shack-Hartmann-Sensor als die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 verwendet wird. Wie in dieser graphischen Darstellung veranschaulicht ist, wird das vom Bildsensor 602 des Shack-Hartmann-Sensors ausgegebene Ausgangssignal, das die Verteilung der Konvergenzpositionen angibt, in die Wellenfront-Messeinheit 61 eingegeben; wobei sie es den entsprechenden Operationen für die Anfangsverarbeitung, die Schwerpunktsberechnung, die Berechnung des Versatzes des Schwerpunktes, die Berechnung des Aberrationskoeffizienten, die Phasenberechnung an jedem Steuerpunkt und dergleichen unterwirft; und ihre Ergebnisse zur Steuereinheit 70 ausgibt.The wavefront measuring unit 61 receives an output signal from the wavefront measuring unit 60 , calculates a phase distribution of the wavefront corresponding to the output signal and sends the result of the calculation to the control unit 70 out. If a Shack-Hartmann sensor as the wavefront detection unit 60 is used, the wavefront measuring unit calculates 61 the phase distribution of the wavefront corresponding to an output signal output by the image sensor 602 of the Shack-Hartmann sensor which indicates the distribution of the convergence positions. 4th Fig. 13 is a flow chart of processing by the wavefront measuring unit 61 in the case where a Shack-Hartmann sensor is used as the wavefront detection unit 60 is used. As illustrated in this graph, the output signal outputted by the image sensor 602 of the Shack-Hartmann sensor, which indicates the distribution of the convergence positions, is fed into the wavefront measuring unit 61 entered; subjecting it to the respective operations for initial processing, center of gravity calculation, calculation of offset of the center of gravity, calculation of aberration coefficient, phase calculation at each control point, and the like; and their results to the control unit 70 issues.

Wie in 1 veranschaulicht ist, enthält die Steuereinheit 70 eine Eingabeeinheit 701, eine Ausfertigungseinheit 702 für das Verzweigungs-Phasenmuster, eine Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 703 und eine Steuerschaltungseinheit 704. Die Eingabeeinheit 701 empfängt die Eingaben der Parameter, die für das Ausfertigen des Verzweigungs-Phasenmusters notwendig sind, und liefert die Parameter zur Ausfertigungseinheit 702 für das Verzweigungs-Phasenmuster. Die Ausfertigungseinheit 702 für das Verzweigungs-Phasenmuster fertigt das Verzweigungs-Phasenmuster so aus, dass das erste und das zweite Strahlenbündel (das Licht nullter Ordnung und das gebeugte Licht erster Ordnung), die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, ein erwünschtes Verzweigungsverhältnis entsprechend den durch die Eingabeeinheit 701 empfangenden Parametern erreichen, und liefert das so hergestellte Verzweigungs-Phasenmuster an die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 703.As in 1 is illustrated includes the control unit 70 an input unit 701, a branch phase pattern preparation unit 702, a control data preparation unit 703, and a control circuit unit 704. The input unit 701 receives the inputs of the parameters necessary for the preparation of the branch phase pattern and supplies the parameters to the preparation unit 702 for the branching phase pattern. The branch phase pattern making unit 702 prepares the branch phase pattern so that the first and second beams (the zeroth-order light and the first-order diffracted light) emitted by the wavefront modulation unit 30th output, achieve a desired branch ratio in accordance with the parameters received by the input unit 701, and supplies the branch phase pattern thus prepared to the control data preparation unit 703.

Die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 703 empfängt die Informationen, die die Phasenverteilung der Wellenfront angeben, von der Wellenfront-Messeinheit 61 und fertigt das Kompensations-Phasenmuster entsprechend diesen Informationen aus. Die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 703 empfängt außerdem das Verzweigungs-Phasenmuster von der Ausfertigungseinheit 702 für das Verzweigungs-Phasenmuster, fertigt ein Phasenmuster aus, in dem das so hergestellte Kompensations-Phasenmuster und das Verzweigungs-Phasenmuster einander überlagert sind, und liefert das resultierende Phasenmuster zur Steuerschaltungseinheit 704. Die Steuerschaltungseinheit 704 empfängt das Phasenmuster von der Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 703 und veranlasst die Wellenfront-Modulationseinheit 30, dieses Phasenmuster darzustellen.The control data preparation unit 703 receives the information indicating the phase distribution of the wavefront from the wavefront measuring unit 61 and prepares the compensation phase pattern according to this information. The control data preparation unit 703 also receives the branch phase pattern from the branch phase pattern preparation unit 702, prepares a phase pattern in which the thus prepared compensation phase pattern and the branch phase pattern are superposed, and supplies the resultant phase pattern to the control circuit unit 704. The control circuit unit 704 receives the phase pattern from the control data preparation unit 703 and causes the wavefront modulation unit 30th to represent this phase pattern.

Die Wellenfront-Modulationseinheit 30, die das Phasenmuster darstellt, in dem das Kompensations-Phasenmuster und das Verzweigungs-Phasenmuster einander überlagert sind, gibt das erste und das zweite Strahlenbündel aus, die unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden. Das erste und das zweite Strahlenbündel werden durch die Linse L₄ in der optischen Verzweigungseinheit 40 konvergiert und durch die optische Verzweigungseinheit 40 zu entsprechenden Richtungen geführt, die voneinander verschieden sind.The wavefront modulation unit 30th , which represents the phase pattern in which the compensation phase pattern and the branching phase pattern are superimposed on each other, outputs the first and second beams which are split under the action of the branching phase pattern. The first and second beams are passed through the lens L ₄ in the optical branching unit 40 converges and through the optical branching unit 40 led to corresponding directions that are different from each other.

5 ist eine graphische Darstellung, die strukturelle Beispiele der optischen Verzweigungseinheit 40 veranschaulicht. Die in (a) dieser Zeichnung veranschaulichte optische Verzweigungseinheit 40 besitzt einen kreisförmigen reflektierenden Abschnitt 401 und einen durchlassenden Abschnitt 402, der um den reflektierenden Abschnitt 401 angeordnet ist. Die in (b) der Zeichnung veranschaulichte optische Verzweigungseinheit 40 besitzt einen kreisförmigen durchlassenden Abschnitt 402 und einen reflektierenden Abschnitt 401, der um den durchlassenden Abschnitt 402 angeordnet ist. Die in (c) der Zeichnung veranschaulichte optische Verzweigungseinheit 40 besitzt einen reflektierenden Abschnitt 401 und einen durchlassenden Abschnitt 402, die mit einer linearen Grenze aufgeteilt sind. Die in (d) der Zeichnung veranschaulichte optische Verzweigungseinheit 40 ist wie ein Prisma geformt, dessen zwei verschiedene Oberflächen die reflektierenden Abschnitte 403, 404 sind. 5 Fig. 13 is a diagram showing structural examples of the optical branch unit 40 illustrated. The optical branch unit illustrated in (a) of this drawing 40 has a circular reflective portion 401 and a transmissive portion 402 disposed around the reflective portion 401. The optical branching unit illustrated in (b) of the drawing 40 has a circular transmissive portion 402 and a reflective portion 401 disposed around the transmissive portion 402. The optical branching unit illustrated in (c) of the drawing 40 has a reflecting portion 401 and a transmitting portion 402 which are divided with a linear boundary. The optical branching unit illustrated in (d) of the drawing 40 is shaped like a prism, the two different surfaces of which are the reflective portions 403, 404.

In (a) bis (c) der Zeichnung kann der durchlassende Abschnitt 402 aus einem transparenten Medium oder insbesondere keinen Medium (einer Öffnung oder dergleichen) hergestellt sein. Die optische Verzweigungseinheit 40 in jedem der strukturellen Beispiele in (a) bis (c) der Zeichnung reflektiert das erste oder das zweite Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, mit dem reflektierenden Abschnitt 401 und lässt das andere durch den durchlassenden Abschnitt 402 durch. Die optische Verzweigungseinheit 40 im strukturellen Beispiel in (d) in der Zeichnung reflektiert das erste oder das zweite Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, mit dem reflektierenden Abschnitt 403 und das andere mit dem reflektierenden Abschnitt 404.In (a) to (c) of the drawing, the permeable portion 402 may be made of a transparent medium, or particularly, no medium (an opening or the like). The optical branching unit 40 In each of the structural examples in (a) to (c) of the drawing, the first or the second beam is reflected by the wavefront modulation unit 30th with the reflective portion 401 and transmits the other through the transmitting portion 402. The optical branching unit 40 In the structural example in (d) in the drawing, the first or the second beam is reflected by the wavefront modulation unit 30th one with the reflective portion 403 and the other with the reflective portion 404.

Nun wird ein Verfahren zum Ausfertigen eines Phasenmusters, das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 darzustellen ist, erklärt. Das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 darzustellende Phasenmuster wird hergestellt, wenn die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 703 das durch die Ausfertigungseinheit 702 für das Verzweigungs-Phasenmuster in der Steuereinheit 70 hergestellte Verzweigungs-Phasenmuster und das durch die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 703 der Steuereinheit 70 hergestellte Kompensations-Phasenmuster einander überlagert.A method of making a phase pattern produced by the wavefront modulation unit 30th is to be represented, explained. That through the wavefront modulation unit 30th The phase pattern to be displayed is produced when the control data making-out unit 703 does the same by the making-out unit 702 for the branching phase pattern in the control unit 70 branch phase patterns produced and that by the control data preparation unit 703 of the control unit 70 Compensation phase pattern produced superimposed on each other.

Das Kompensations-Phasenmuster zum Kompensieren der Wellenfront-Aberration wird in einer Schleifenverarbeitung geregelt, die die Erfassung der Wellenfrontverzerrung in dem Licht durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60, die Einstellung des Phasenmusters durch die Steuereinheit 70 entsprechend dem Ergebnis der Erfassung und die Darstellung des Phasenmusters durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 umfasst. Das Kompensations-Phasenmuster w_n(x, y) in der n-ten Rückkopplungsschleife wird durch den folgenden Ausdruck (1) entsprechend dem Kompensations-Phasenmuster w_n - ₁(x, y) in der (n - 1)-ten Rückkopplungsschleife und der Wellenfrontverzerrung A_n(x, y) des durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 erfassten Lichts berechnet. Hier sind x und y Koordinaten, die die Bildpunktposition der Wellenfront-Modulationseinheit 30 repräsentieren, die die Positionen der Bildpunktelektroden-Schaltungen 302 angeben, wenn der räumliche Lichtmodulator des LCOS-Typs (2) als die Wellenfront-Modulationseinheit 30 verwendet wird. Außerdem ist α der Rückkopplungskoeffizient. $$w_n\left(x,y\right)=w_{n-1}\left(x,y\right)-\alpha A_n\left(x,y\right)$$

Andererseits ist das Verzweigungs-Phasenmuster zum Aufspalten des Eingangslichts in das erste und das zweite Strahlenbündel vorzugsweise ein Blaze-Phasenbeugungsgitter, wie oben erwähnt worden ist. 6 ist eine graphische Darstellung, die die Phasenverteilungs-Querschnitte in einem Blaze-Phasenbeugungsgitter als ein Verzweigungs-Phasenmuster veranschaulicht. Während ein idealer Phasenverteilungs-Querschnitt in (a) dieser Zeichnung veranschaulicht ist, ist ein tatsächlicher Phasenverteilungs-Querschnitt unter dem Einfluss der Bildpunktstruktur der Wellenfront-Modulationseinheit 30 gestuft, wie in (b) der Zeichnung gezeigt ist. Die Form des Blaze-Phasenbeugungsgitters ist durch das Gittergrundmaß d und die Phasemodulationstiefe h (oder den Blaze-Winkel ε) eindeutig bestimmt. Der Verzweigungswinkel des ersten und des zweiten Strahlenbündels, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, ist durch das Gittergrundmaß d bestimmt. Das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, ist durch die Phasenmodulationstiefe h bestimmt.The compensating phase pattern for compensating for the wavefront aberration is controlled in a loop processing which enables the wavefront detection unit to detect the wavefront distortion in the light 60 , the setting of the phase pattern by the control unit 70 according to the result of the detection and the display of the phase pattern by the wavefront modulation unit 30th includes. The compensation phase pattern w _n (x, y) in the n-th feedback loop is given by the following expression (1) corresponding to the compensation phase pattern w _n - ₁ (x, y) in the (n-1) -th feedback loop and the wavefront distortion A _n (x, y) des by the wavefront detection unit 60 detected light. Here x and y are coordinates that represent the pixel position of the wavefront modulation unit 30th representing the positions of the pixel electrode circuits 302 when the LCOS-type spatial light modulator ( 2 ) as the wavefront modulation unit 30th is used. In addition, α is the feedback coefficient. $$w_n\left(x,y\right)=w_{n-1}\left(x,y\right)-\alpha {\mathrm{A.}}_n\left(x,y\right)$$

On the other hand, the branching phase pattern for splitting the input light into the first and second beams is preferably a blazed phase diffraction grating, as mentioned above. 6th Fig. 13 is a diagram illustrating phase distribution cross sections in a blazed phase diffraction grating as a branching phase pattern. While an ideal phase distribution cross section is illustrated in (a) of this drawing, an actual phase distribution cross section is under the influence of the pixel structure of the wavefront modulation unit 30th stepped as shown in (b) of the drawing. The shape of the Blaze phase diffraction grating is uniquely determined by the basic grating dimension d and the phase modulation depth h (or the blaze angle ε). The branching angle of the first and second beams generated by the wavefront modulation unit 30th is determined by the basic grid dimension d. The power ratio between the first and second beams emitted by the wavefront modulation unit 30th output is determined by the phase modulation depth h.

7 ist eine graphische Darstellung, die ein tatsächliches Beispiel des Blaze-Phasenbeugungsgitters als ein Verzweigungs-Phasenmuster veranschaulicht. In dieser graphischen Darstellung wird angenommen, dass die Abstufung und die Phasenmodulationstiefe in jedem Bildpunkt in einer linearen Beziehung stehen, wobei eine Phasenmodulationstiefe von 2π (1λ) einem Abstufungswert von 255 entspricht, während eine Phasenmodulationstiefe von 0 einem Abstufungswert von 0 entspricht. Phasendifferenzen, die 2π übersteigen (die einem optischen Weglängenunterschied entsprechen, der eine Wellenlänge übersteigt), werden durch Phasenumbruch in Phasewerte von 0 bis 2π umgesetzt und nach der Umsetzung durch Abstufungswerte dargestellt. Das heißt, die Phasen in dem Bereich von 0 bis 2π werden in einer digitalen 8-Bit-Abstufung normiert. Sei g(x, y) die Phasenverteilung in dem so erhaltenen Verzweigungs-Phasenmuster. 7th Fig. 13 is a diagram illustrating an actual example of the blazed phase diffraction grating as a branching phase pattern. In this graph, it is assumed that the gradation and the phase modulation depth in each pixel are in a linear relationship, with a phase modulation depth of 2π (1λ) corresponding to a gradation value of 255, while a phase modulation depth of 0 corresponds to a gradation value of 0. Phase differences which exceed 2π (which correspond to an optical path length difference which exceeds one wavelength) are converted into phase values from 0 to 2π by phase change and are represented by gradation values after the conversion. That is, the phases in the range from 0 to 2π are normalized in 8-bit digital gradation. Let g (x, y) be the phase distribution in the branch phase pattern thus obtained.

Das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 darzustellende Phasenmuster wird durch Berechnungen bestimmt, die den folgenden Ausdrücken (2) und (3) entsprechen. Der Ausdruck (2) addiert das so bestimmte Kompensations-Phasenmuster w_n(x, y) und das Verzweigungs-Phasenmuster g(x, y) und liefert dadurch ein Phasenmuster S1(x, y) nach der Addition. Dann führt der Ausdruck (3) den Phasenumbruch aus, um ein durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 darzustellendes Phasenmuster s (x, y) zu bestimmen. Hier ist modulo(*, 2π) eine arithmetische Operation zum Bestimmen des Rests nach der Division durch 2π. $$S1\left(x,y\right)=w_n\left(x,y\right)+g\left(x,y\right)$$

$$s\left(x,y\right)=\text{modulo}\left(S1\left(x,y\right)\mathrm{,2}\mathrm{\pi }\right)$$

That through the wavefront modulation unit 30th The phase pattern to be displayed is determined by calculations corresponding to the following expressions (2) and (3). Expression (2) adds the compensation phase pattern w _n (x, y) determined in this way and the branch phase pattern g (x, y) and thereby provides a phase pattern S1 (x, y) after the addition. Then the expression (3) carries out the phase change to one by the wavefront modulation unit 30th to determine the phase pattern to be represented s (x, y). Here, modulo (*, 2π) is an arithmetic operation to find the remainder after dividing by 2π. $$\mathrm{S.}1\left(x,y\right)=w_n\left(x,y\right)+G\left(x,y\right)$$

$$s\left(x,y\right)=\text{modulo}\left(\mathrm{S.}1\left(x,y\right)\mathrm{,\; 2}\mathrm{\pi }\right)$$

Die in der Steuereinheit 70 enthaltene Steuerschaltungseinheit 704 transformiert das so bestimmte Phasenmuster s (x, y) in eine digitale Abstufung, unterwirft die digitale Abstufung einer Nachverarbeitung zum Korrigieren der Nichtlinearität der Wellenfront-Modulationseinheit 30 und dergleichen, setzt die nachverarbeitete digitale Abstufung in eine analoge Spannung um und legt die analoge Spannung an jeden Bildpunkt (x, y) der Wellenfront-Modulationseinheit 30 an.The one in the control unit 70 The control circuit unit 704 contained therein transforms the phase pattern s (x, y) determined in this way into a digital gradation, and subjects the digital gradation to post-processing for correcting the non-linearity of the wavefront modulation unit 30th and the like, converts the post-processed digital gradation into an analog voltage and applies the analog voltage to each pixel (x, y) of the wavefront modulation unit 30th at.

Das Obige hat einen Fall erklärt, in dem die Parameter für das Verzweigungs-Phasenmuster in die Eingabeeinheit 701 eingespeist werden. Die Ausfertigungseinheit 702 für das Verzweigungs-Phasenmuster kann ein entsprechendes Verzweigungs-Phasenmuster unter Verwendung eines Nachschlagtabellenverfahrens aus einer Bibliothek der Verzweigungs-Phasenmuster lesen, die zuvor für verschiedene Kombinationen des Gittergrundmaßes d und der Phasenmodulationstiefe h hergestellt und in einem Speicher gespeichert worden ist. Deshalb kann ein Index für Phasengitter, die auszuwählen sind, in die Eingabeeinheit 701 eingespeist werden, wobei die Ausfertigungseinheit 702 für das Verzweigungs-Phasenmuster die Daten für ein entsprechendes Verzweigungs-Phasenmuster unter Verwendung dieses Index aus der Phasengitterbibliothek lesen kann.The above has explained a case where the parameters for the branch phase pattern are fed into the input unit 701. The branch phase pattern preparation unit 702 can read a corresponding branch phase pattern using a look-up table method from a library of branch phase patterns previously prepared and stored in memory for various combinations of the lattice basic dimension d and phase modulation depth h. Therefore, an index for phase grids to be selected can be fed into the input unit 701, and the branch phase pattern preparation unit 702 can read the data for a corresponding branch phase pattern using this index from the phase grating library.

Nun wird das Verzweigungs-Phasenmuster ausführlicher erklärt. Sei f die Brennweite der Linse L₄, sei λ die Wellenlänge des Lichts, sei θ_i der Einfallswinkel des Lichts auf die Wellenfront-Modulationseinheit 30, sei θ_d der Beugungswinkel in der Wellenfront-Modulationseinheit 30 und sei d das Gittergrundmaß in dem Blaze-Phasenbeugungsgitter als das Verzweigungs-Phasenmuster, dann wird die Lücke Δ zwischen den entsprechenden Konvergenzpositionen des ersten und des zweiten Strahlenbündels (des Lichts nullter Ordnung und des gebeugten Lichts erster Ordnung) in der optischen Verzweigungseinheit 40 in der hinteren Brennpunktposition der Linse L₄ durch den folgenden Ausdruck (4) dargestellt: $$\Delta =f\text{ sin}\left({\mathrm{\theta }}_d-{\mathrm{\theta }}_i\right)=\frac{\mathrm{\lambda }f}{d}\text{cos}\left({\mathrm{\theta }}_i\right)$$

The branching phase pattern will now be explained in more detail. Let f be the focal length of the lens L ₄ , let λ be the wavelength of the light, let θ _{i be} the angle of incidence of the light on the wavefront modulation unit 30th , let θ _{d be} the diffraction angle in the wavefront modulation unit 30th and let d be the grating pitch in the blazed phase diffraction grating as the branching phase pattern, then the gap Δ between the respective converging positions of the first and second beams (of the light zeroth order and first order diffracted light) in the optical branching unit 40 at the back focus position of the lens L _{4 represented} by the following expression (4): $$\Delta =f\text{sin}\left({\mathrm{\theta }}_d-{\mathrm{\theta }}_i\right)=\frac{\mathrm{\lambda }f}{d}\text{cos}\left({\mathrm{\theta }}_i\right)$$

Dieser Ausdruck stellt eine Beziehung zwischen den Parametern d, Δ, f, λund θ_i her. Es ist ausreichend, wenn die optische Verzweigungseinheit 40 so konstruiert ist, dass sie das erste und das zweite Strahlenbündel isolieren kann, die um die Lücke Δ voneinander getrennt sind. In der optischen Verzweigungseinheit 40 mit der in 5(a) veranschaulichten Struktur ist es z. B. ausreichend, falls der Durchmesser des kreisförmigen reflektierenden Abschnitts 401 etwa Δ ist. In der optischen Verzweigungseinheit 40 mit der in 5(b) veranschaulichten Struktur ist es ausreichend, falls der Durchmesser des kreisförmigen durchlassenden Abschnitts 402 etwa Δ ist. In der optischen Verzweigungseinheit 40 mit der in 5(c) veranschaulichten Struktur ist es ausreichend, falls sich die Grenzlinie, die den reflektierenden Abschnitt 401 und den durchlassenden Abschnitt 402 voneinander trennt, am Mittelpunkt zwischen den entsprechenden Konvergenzpositionen des ersten und des zweiten Strahlenbündels (des Lichts nullter Ordnung und des gebeugten Lichts erster Ordnung) befindet. In der optischen Verzweigungseinheit 40 mit der in 5(d) veranschaulichten Struktur ist es ausreichend, falls sich die Grenzlinie, die die reflektierenden Abschnitte 403, 404 voneinander trennt, am Mittelpunkt zwischen den entsprechenden Konvergenzpositionen des ersten und des zweiten Strahlenbündels (des Lichts nullter Ordnung und des gebeugten Lichts erster Ordnung) befindet.This expression establishes a relationship between the parameters d, Δ, f, λ and θ _i . It is sufficient if the optical branch unit 40 is designed so that it can isolate the first and second beams which are separated from each other by the gap Δ. In the optical branching unit 40 with the in 5 (a) illustrated structure it is e.g. B. sufficient if the diameter of the circular reflective portion 401 is about Δ. In the optical branching unit 40 with the in 5 (b) As shown in the structure illustrated, it is sufficient if the diameter of the circular permeable portion 402 is about Δ. In the optical branching unit 40 with the in 5 (c) As illustrated in the structure illustrated, it is sufficient if the boundary line separating the reflecting portion 401 and the transmitting portion 402 is located at the midpoint between the respective converging positions of the first and second beams (the zero-order light and the first-order diffracted light). In the optical branching unit 40 with the in 5 (d) As shown in the structure illustrated, it is sufficient if the boundary line separating the reflecting portions 403, 404 from each other is located at the midpoint between the respective converging positions of the first and second beams (the zero-order light and the first-order diffracted light).

Für das geeignete Steuern des Leistungsverhältnisses zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel ist es notwendig, dass die Beziehung zwischen dem Leistungsverhältnis und den Parametern des Verzweigungs-Phasenmusters zuvor bekannt ist. Dies kann aus theoretischen Formeln oder experimentellen Ergebnissen bestimmt werden.In order to properly control the power ratio between the first and second beams, it is necessary that the relationship between the power ratio and the parameters of the branching phase pattern is known in advance. This can be determined from theoretical formulas or experimental results.

Das Folgende ist ein Verfahren, um sie aus theoretischen Formeln zu bestimmen. Die Identitätsverteilung I(θ) des durch das Blaze-Phasenbeugungsgitter als das Verzweigungs-Phasenmuster gebeugten Lichts ist durch den folgenden Ausdruck (5) dargestellt. Hier ist N die Anzahl der Gitterperioden, während A eine Konstante ist. Die Anzahl der Gitterperioden N ist durch den folgenden Ausdruck (6) aus der Größe D eines auf die Gitteroberfläche einfallenden Lichtstrahlenbündels und dem Gittergrundmaß d bestimmt. $$\begin{array}{l}I\left(\mathrm{\theta }\right)=A{\left|F_1\right|}^2\times {\left|F_2\right|}^2\\ =A{\left|\frac{\text{sin}\left(\frac{N\mathrm{\pi }d}{\mathrm{\lambda }}\left(\text{sin}\mathrm{\theta -}\text{sin}{\mathrm{\theta }}_i\right)\right)}{N\text{ sin}\left(\frac{\mathrm{\pi }d}{\mathrm{\lambda }}\left(\text{sin}\mathrm{\theta -}\text{sin}{\mathrm{\theta }}_i\right)\right)}\right|}^2\times {\left|\frac{\text{sin}\left(\frac{\mathrm{\pi }}{\mathrm{\lambda }}\left(d\left(\text{sin}\mathrm{\theta -}\text{sin}{\mathrm{\theta }}_i\right)+\frac{h}{2}\left(\text{cos}\mathrm{\theta -}\text{cos}{\mathrm{\theta }}_i\right)\right)\right)}{\frac{\mathrm{\pi }}{\mathrm{\lambda }}\left(d\left(\text{sin}\mathrm{\theta -}\text{sin}{\mathrm{\theta }}_i\right)+\frac{h}{2}\left(\text{cos}\mathrm{\theta -}\text{cos}{\mathrm{\theta }}_i\right)\right)}\right|}^2\end{array}$$

$$N=D/d$$

The following is a method to determine them from theoretical formulas. The identity distribution I (θ) of the light diffracted by the blazed phase diffraction grating as the branching phase pattern is represented by the following expression (5). Here, N is the number of grating periods while A is a constant. The number of grating periods N is determined by the following expression (6) from the size D of a light beam incident on the grating surface and the grating pitch d. $$\begin{array}{l}\mathrm{I.}\left(\mathrm{\theta }\right)=\mathrm{A.}{\left|{\mathrm{F.}}_1\right|}^2\times {\left|{\mathrm{F.}}_2\right|}^2\\ =\mathrm{A.}{\left|\frac{\text{sin}\left(\frac{N\mathrm{\pi }d}{\mathrm{\lambda }}\left(\text{sin}\mathrm{\theta -}\text{sin}{\mathrm{\theta }}_i\right)\right)}{N\text{sin}\left(\frac{\mathrm{\pi }d}{\mathrm{\lambda }}\left(\text{sin}\mathrm{\theta -}\text{sin}{\mathrm{\theta }}_i\right)\right)}\right|}^2\times {\left|\frac{\text{sin}\left(\frac{\mathrm{\pi }}{\mathrm{\lambda }}\left(d\left(\text{sin}\mathrm{\theta -}\text{sin}{\mathrm{\theta }}_i\right)+\frac{H}{2}\left(\text{cos}\mathrm{\theta -}\text{cos}{\mathrm{\theta }}_i\right)\right)\right)}{\frac{\mathrm{\pi }}{\mathrm{\lambda }}\left(d\left(\text{sin}\mathrm{\theta -}\text{sin}{\mathrm{\theta }}_i\right)+\frac{H}{2}\left(\text{cos}\mathrm{\theta -}\text{cos}{\mathrm{\theta }}_i\right)\right)}\right|}^2\end{array}$$

$$N=\mathrm{D.}/d$$

Der Beugungswinkel des Lichts nullter Ordnung ist gleich dem Einfallswinkel θ_i, wodurch die Intensität I₀ des Lichts nullter Ordnung durch I (θ_i) bestimmt werden kann. Weil der Beugungswinkel θ_d des gebeugten Lichts erster Ordnung durch den obenerwähnten Ausdruck (4) gegeben ist, kann die Intensität I₁ des gebeugten Lichts erster Ordnung durch I (θ_d) berechnet werden. Unter Verwendung dieses Ausdrucks, während die Phasenmodulationstiefe h geändert wird, wird das Teilungsverhältnis (I₁/I₀) bei jeder Phasenmodulationstiefe berechnet, um eine Tabelle zu bilden. Die Verwendung dieser Tabelle als eine Nachschlagtabelle macht es möglich, eine Phasenmodulationstiefe h zu bestimmen, die ein gewünschtes Teilungsverhältnis erreicht. 8 ist eine Tabelle, die das durch die Berechnung bestimmte Teilungsverhältnis (I₁/I₀) und die Phasenmodulationstiefe h veranschaulicht. Hier beträgt die Wellenlänge λ 0,8 µm, beträgt das Gittergrundmaß d 800 µm, beträgt der Einfallswinkel θ_i 10° und beträgt die Anzahl der Gitterperioden N 20.The angle of diffraction of the zero order light is equal to the angle of incidence θ _i , whereby the intensity I _{0 of} the zero order light can be determined _{by I (θ i).} Since the diffraction angle θ _{d of} the first order diffracted light is given by the aforementioned expression (4), the intensity I _{1 of} the first order diffracted light can be calculated _{by I (θ d).} Using this expression, while changing the phase modulation depth h, the division ratio (I ₁ / I ₀ ) at each phase modulation depth is calculated to form a table. Using this table as a look-up table makes it possible to determine a phase modulation depth h that will achieve a desired division ratio. 8th Fig. 13 is a table showing the division ratio (I ₁ / I ₀ ) determined by the calculation and the phase modulation depth h. Here the wavelength λ is 0.8 μm, the basic grating dimension d is 800 μm, the angle of incidence θ _{i is} 10 ° and the number of grating periods is N 20.

Die Beziehung zwischen dem Teilungsverhältnis (I₁/I₀) und der Phasenmodulationstiefe h kann außerdem durch Experimente bestimmt werden. Ein Phasengitter mit einem Gittergrundmaß d und einer Phasenmodulationstiefe h wird in die Wellenfront-Modulationseinheit 30 eingebracht, wobei die entsprechenden Intensitäten des Lichts nullter Ordnung und des Lichts erster Ordnung durch einen Leistungsmesser gemessen werden, während ihr Leistungsverhältnis berechnet wird. Es werden Blaze-Phasenbeugungsgitter mit verschiedenen Modulationstiefen h hergestellt und in die Wellenfront-Modulationseinheit 30 eingebracht, wobei die obenerwähnte Messung und die obenerwähnte Berechnung wiederholt werden. Dann wird die Beziehung zwischen den gemessenen Leistungsverhältnissen und den Phasenmodulationstiefen h in einer Tabelle gebildet.The relationship between the division ratio (I ₁ / I ₀ ) and the phase modulation depth h can also be determined through experiments. A phase grating with a basic grating dimension d and a phase modulation depth h is used in the wavefront modulation unit 30th is introduced, the respective intensities of the zero-order light and the first-order light being measured by a power meter while their power ratio is calculated. Blaze phase diffraction gratings with different modulation depths h are produced and inserted into the wavefront modulation unit 30th is introduced, repeating the above-mentioned measurement and calculation. Then the relationship between the measured power ratios and the phase modulation depths h is formed in a table.

Nun werden experimentelle Ergebnisse dargelegt. 9 ist eine graphische Darstellung, die die durch Experimente erhaltenen konvergierten Lichtflecken des ersten bzw. des zweiten Strahlenbündels veranschaulicht. Hier war eine CCD-Kamera an Stelle der optischen Verzweigungseinheit 40 angeordnet, wobei sie die konvergenten Lichtflecken des ersten bzw. des zweiten Strahlenbündels erfasst hat. In jedem von (a) bis (d) in dieser Zeichnung sind das linke und das rechte Bild die konvergierten Lichtflecken des Lichts nullter Ordnung bzw. des gebeugten Lichts erster Ordnung. Der Blaze-Winkel ε des Blaze-Phasenbeugungsgitters als das Verzweigungs-Phasenmuster wird von (a) bis (d) in der Zeichnung verändert.Experimental results will now be presented. 9 Fig. 13 is a graph showing the converged light spots of the first and second beams, respectively, obtained through experiments. Here was a CCD camera in place of the optical branching unit 40 arranged, wherein it has detected the convergent light spots of the first and the second beam. In each of (a) to (d) in this drawing, the left and right images are the converged spots of the zero-order light and the first-order diffracted light, respectively. The blaze angle ε of the blazed phase diffraction grating as the branching phase pattern is changed from (a) to (d) in the drawing.

In der Zeichnung veranschaulicht (b) ein Bild in dem Fall, in dem die Phasenmodulationstiefe h 0 ist (der Blaze-Winkel ε 0 ist), in dem die zum gebeugten Licht erster Ordnung verteilte optische Energie die kleinste ist, während die zum Licht nullter Ordnung verteilte optische Energie die größte ist. In der Zeichnung veranschaulicht (d) ein Bild in dem Fall, in dem die Phasenmodulationstiefe h λ ist (der Blaze-Winkel ε λ/d ist), in dem die zum Licht nullter Ordnung verteilte optische Energie die kleinste ist, während die zum gebeugten Licht erster Ordnung verteilte optische Energie die größte ist. In der Zeichnung stellen (a) und (c) Bilder zwischen den obenerwähnten Fällen dar, in denen die optische Energie sowohl zum Licht nullter Ordnung als auch zum gebeugten Licht erster Ordnung verteilt wird.In the drawing, (b) illustrates an image in the case where the phase modulation depth is h 0 (the blaze angle is ε 0), in which the optical energy distributed to the first order diffracted light is the smallest while that to the zeroth light Order distributed optical energy is the greatest. In the drawing, (d) illustrates an image in the case where the phase modulation depth is h λ (the blaze angle ε is λ / d), in which the optical energy distributed to the zeroth order light is the smallest while that to the diffracted First order light distributed optical energy is the greatest. In the drawing, (a) and (c) represent images between the above-mentioned cases in which the optical energy is distributed to both the zero-order light and the first-order diffracted light.

Die durch die in 9 veranschaulichten Experimente erhaltenen Bilder erleiden eine Wellenfront-Aberration, so dass jeder konvergierte Lichtfleck erweitert ist, anstatt ein beugungsbegrenzter Fleck zu sein. Es ist jedoch zu sehen, dass ihre Intensitätsverteilungen zueinander ähnlich sind und die gleiche Aberration besitzen.The in 9 The images obtained in the experiments illustrated suffer from wavefront aberration such that each converged light spot is expanded instead of being a diffraction-limited spot. However, it can be seen that their intensity distributions are similar to each other and have the same aberration.

Die vorhergehende Erklärung veranschaulicht eine Ausführungsform, in der die Beobachtungsvorrichtung 1 für die Fundusabbildung des Abtasttyps verwendet wird. Das Ersetzen des menschlichen Auges und des Objekts durch eine Objektivlinse bzw. eine biologische Probe konstruiert ein Laser-Rastermikroskop. Das heißt, es wird im Wesentlichen die gleiche Struktur wie jene nach 1 ausgebildet, wenn die vorliegende Erfindung im Laser-Rastermikroskop verwendet wird.The foregoing explanation illustrates an embodiment in which the observation device 1 is used for fundus imaging of the scan type. Replacing the human eye and the object with an objective lens and a biological sample, respectively, constructs a scanning laser microscope. That said, it will be essentially the same structure as the one after 1 when the present invention is used in the scanning laser microscope.

Die zweite AusführungsformThe second embodiment

Nun wird die Beobachtungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform erklärt. 10 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 2 gemäß der zweiten Ausführungsform. Die in dieser Zeichnung veranschaulichte Beobachtungsvorrichtung 2 ist eine Vorrichtung, die in einem biologischen Mikroskop verwendet wird, um eine biologische Probe 94 zu beobachten, die als ein Objekt auf einem Objekttisch 93 angeordnet ist, wobei sie die Lichtquelleneinheiten 10A, 10B, eine Wellenfront-Modulationseinheit 30, eine optische Verzweigungseinheit 40, eine Lichterfassungseinheit 50, eine Wellenfront-Erfassungseinheit 60, eine Steuereinheit 70 und dergleichen umfasst.The observation device according to the second embodiment will now be explained. 10 Fig. 13 is a structural diagram of an observation device 2 according to the second embodiment. The observation device illustrated in this drawing 2 Fig. 13 is an apparatus used in a biological microscope to observe a biological sample 94 placed as an object on a stage 93 using the light source units 10A, 10B, a wavefront modulation unit 30th , an optical branching unit 40 , a light detection unit 50 , a wavefront detection unit 60 , a control unit 70 and the like.

Um die biologische Probe 94 als das auf den Objekttisch 93 angeordnete Objekt zu schützen, deckt eine Deckglas-Platte 95 die biologische Probe 94 ab. Die Deckglas-Platte 95 verursacht außerdem eine Wellenfrontverzerrung in dem Licht, die es notwendig macht, die Wellenfront des Lichts unter Verwendung einer Kompensationstechnik für die Wellenfront-Aberration zu kompensieren. In dieser Ausführungsform schließt sich der Kompensation der Wellenfront des Lichts eine Beobachtung der biologischen Probe 94 an.In order to protect the biological sample 94 as the object placed on the stage 93, a cover glass plate 95 covers the biological sample 94. The cover slip plate 95 also causes wavefront distortion in the light, which makes it necessary to compensate for the wavefront of the light using a wavefront aberration compensation technique. In this embodiment, the compensation of the wavefront of the light is followed by an observation of the biological sample 94.

Die Wellenfront-Modulationseinheit 30 ist in einer vorderen Brennpunktposition der Linse L₁₆ angeordnet, die optische Verzweigungseinheit 40 ist in einer hinteren Brennpunktposition der Linse L₁₆ angeordnet und Linse L₁₆ bildet ein optisches Fourier-Transformationssystem. Deshalb konvergiert sowohl das erste als auch das zweite Strahlbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, an dem Ort (der hinteren Brennpunktposition der Linse L₁₆), wo die optische Verzweigungseinheit 40 angeordnet ist. Indem z. B. ein reflektierender Abschnitt in einer der Konvergenzpositionen des ersten bzw. des zweiten Strahlenbündels und ein durchlassender Abschnitt in der anderen vorgesehen sind, kann die optische Verzweigungseinheit 40 das erste und das zweite Strahlenbündel räumlich völlig voneinander trennen.The wavefront modulation unit 30th is arranged in a front focal position of the lens L ₁₆ , the optical branching unit 40 is arranged in a rear focal position of the lens L ₁₆ , and lens L ₁₆ constitutes an optical Fourier transform system. Therefore, both the first and the second bundle of rays from the wavefront modulation unit converge 30th are output at the place (the back focus position of the lens L ₁₆ ) where the optical branching unit 40 is arranged. By z. B. a reflective section are provided in one of the convergence positions of the first or the second beam and a transmitting section in the other, the optical branching unit 40 the first and second bundles of rays spatially completely separate from one another.

Das Licht wird von einer Lichtquelleneinheit 10A von den beiden ausgegeben, wenn die Wellenfront des Lichts kompensiert wird, und von der anderen Lichtquelleneinheit 10B ausgegeben, wenn die biologische Probe 94 beobachtet wird. Während ein Phasenmuster, in dem ein Kompensations-Phasenmuster und ein Verzweigungs-Phasenmuster einander überlagert sind, durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellt wird, ist das Verzweigungs-Phasenmuster so eingestellt, dass das von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegebene Licht durch die optische Verzweigungseinheit 40 durchgelassen und durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfangen wird, wenn die Wellenfront des Lichts kompensiert wird, und dass das von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegebene Licht durch die optische Verzweigungseinheit 40 reflektiert und durch die Lichterfassungseinheit 50 empfangen wird, wenn die biologische Probe 94 beobachtet wird.The light is output from one light source unit 10A of the two when the wavefront of the light is compensated, and output from the other light source unit 10B when the biological sample 94 is observed. During a phase pattern in which a compensation phase pattern and a branch phase pattern are superimposed on each other by the wavefront modulation unit 30th is shown, the branching phase pattern is set to match that of the wavefront modulation unit 30th light output by the optical branching unit 40 transmitted and through the wavefront detection unit 60 is received when the wavefront of the light is compensated, and that of the wavefront modulation unit 30th light output by the optical branching unit 40 reflected and through the light detection unit 50 is received when the biological sample 94 is observed.

Wenn die Wellenfront des Lichts kompensiert wird, wird das von der Lichtquelleneinheit 10A ausgegebene Licht durch eine Linse L₁₀ kollimiert, durch einen halbdurchlässigen Spiegel HM₁ durchgelassen, durch einen halbdurchlässigen Spiegel HM₂ reflektiert, durch eine Objektivlinse L₁₃ konvergiert und durch die Deckglas-Platte 95 durchgeleitet, um die biologische Probe 94 zu bestrahlen. Das bei der Bestrahlung durch die biologische Probe 94 erzeugte Licht (reflektierte Licht, gestreute Licht oder dergleichen) wird durch die Deckglas-Platte 95 durchgeleitet, durch eine Objektivlinse L₁₃ kollimiert, durch einen halbdurchlässigen Spiegel HM₂ durchgelassen und durch die Linsen L_14` L₁₅ in die Wellenfront-Modulationseinheit 30 eingespeist. Das in die Wellenfront-Modulationseinheit 30 eingespeiste Licht besitzt eine durch das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Kompensations-Phasenmuster kompensierte Wellenfront-Aberration und wird als Licht ausgegeben, das entsprechend dem durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellten Verzweigungs-Phasenmuster in einer spezifischen Richtung weitergeht. Das von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegebene Licht wird durch die Linse L₁₆ durch die optische Verzweigungseinheit 40 durchgelassen und durch eine Linse L₁₈ durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfangen. Das Kompensations-Phasenmuster zum Kompensieren der Wellenfront-Aberration wird in einer Schleifenverarbeitung geregelt, die die Erfassung der Wellenfrontverzerrung in dem Licht durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60, die Einstellung des Phasenmusters durch die Steuereinheit 70 entsprechend dem Ergebnis der Erfassung und die Darstellung des Phasenmusters durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 umfasst. When the wavefront of the light is compensated, the light output from the light source unit 10A is _{collimated by a lens L 10} , transmitted through a semi-transparent mirror HM ₁ , through a semi-transparent mirror HM ₂ reflected, converged by an objective lens L ₁₃ and transmitted through the cover glass plate 95 to irradiate the biological sample 94. The light generated during the irradiation by the biological sample 94 (reflected light, scattered light or the like) is transmitted through the cover glass plate 95, _{collimated by an objective lens L 13} , transmitted through a semi-transparent mirror HM ₂ and through the lenses L _{14 '} L ₁₅ in the wavefront modulation unit 30th fed in. That into the wavefront modulation unit 30th The light fed in has a through the wavefront modulation unit 30th The compensation phase pattern shown compensates for wavefront aberration and is output as light corresponding to that produced by the wavefront modulation unit 30th branch phase pattern illustrated continues in a specific direction. That from the wavefront modulation unit 30th Light output is passed through the lens L ₁₆ through the optical branching unit 40 transmitted and through a lens L ₁₈ through the wavefront detection unit 60 receive. The compensating phase pattern for compensating for the wavefront aberration is controlled in a loop processing which enables the wavefront detection unit to detect the wavefront distortion in the light 60 , the setting of the phase pattern by the control unit 70 according to the result of the detection and the display of the phase pattern by the wavefront modulation unit 30th includes.

Wenn andererseits die biologische Probe 94 beobachtet wird, wird das von der Lichtquelleneinheit 10B ausgegebene Licht durch die Linsen L₁₁, L₁₂ kollimiert, durch den halbdurchlässigen Spiegel HM₁ reflektiert, durch eine Objektivlinse L₁₃ konvergiert und durch die Deckglas-Platte 95 durchgeleitet, um die biologische Probe 94 zu bestrahlen. Das bei der Bestrahlung durch die biologische Probe 94 erzeugte Licht (reflektierte Licht, gestreute Licht oder dergleichen) wird durch die Deckglas-Platte 95 durchgeleitet, durch die Objektivlinse L₁₃ kollimiert, durch den halbdurchlässigen Spiegel HM₂ durchgelassen und durch die Linsen L_14' L₁₅ in die Wellenfront-Modulationseinheit 30 eingespeist. Das in die Wellenfront-Modulationseinheit 30 eingespeiste Licht besitzt eine durch das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Kompensations-Phasenmuster kompensierte Wellenfront-Aberration und wird als Licht ausgegeben, das entsprechend dem durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellten Verzweigungs-Phasenmuster in einer Richtung weitergeht, die von der obenerwähnten spezifischen Richtung verschieden ist. Das von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegebene Licht wird durch die Linse L₁₆ durchgeleitet, durch die optische Verzweigungseinheit 40 reflektiert und durch eine Linse L₁₇ durch die Lichterfassungseinheit 50 empfangen. Die biologische Probe 94 wird beobachtet, wie die Lichterfassungseinheit 50 das Licht empfängt.On the other hand, when the biological sample 94 is observed, the light output from the light source unit 10B is _{collimated by the lenses L 11} , L ₁₂ , reflected by the semi-transparent mirror HM ₁ , converged by an objective lens L ₁₃ , and transmitted through the cover glass plate 95, to irradiate the biological sample 94. The light generated during the irradiation by the biological sample 94 (reflected light, scattered light or the like) is transmitted through the cover glass plate 95, _{collimated by the objective lens L 13} , transmitted through the semitransparent mirror HM ₂ and through the lenses L _{14 '} L ₁₅ in the wavefront modulation unit 30th fed in. That into the wavefront modulation unit 30th The light fed in has a through the wavefront modulation unit 30th The compensation phase pattern shown compensates for wavefront aberration and is output as light corresponding to that produced by the wavefront modulation unit 30th branch phase pattern shown continues in a direction different from the above-mentioned specific direction. That from the wavefront modulation unit 30th output light is transmitted through the lens L ₁₆ , through the optical branching unit 40 and reflected through a lens L ₁₇ by the light detection unit 50 receive. The biological sample 94 is observed like the light detection unit 50 receives the light.

Folglich stellt diese Ausführungsform ohne mechanisch bewegliche Teile das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster ein, wodurch das von den Lichtquelleneinheiten 10A, 10B ausgegebene Licht selektiv zur Lichterfassungseinheit 50 oder zur Wellenfront-Erfassungseinheit 60 geführt wird, wobei es für die Wellenfront-Erfassung und die Bilderfassung effizient verwendet werden kann.Consequently, this embodiment without mechanically moving parts provides that by the wavefront modulation unit 30th shown branch phase pattern, whereby the light output from the light source units 10A, 10B selectively to the light detection unit 50 or to the wavefront detection unit 60 and it can be efficiently used for wavefront detection and image acquisition.

Die dritte AusführungsformThe third embodiment

Nun wird die Beobachtungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform erklärt. 11 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 3 gemäß der dritten Ausführungsform. Die in dieser Zeichnung veranschaulichte Beobachtungsvorrichtung 3 umfasst eine Lichtquelleneinheit, ein erstes und ein zweites Wellenfront-Modulationselement 31 bzw. 32 als Wellenfront-Modulationseinheiten, eine optische Verzweigungseinheit 40, eine Lichterfassungseinheit 50, eine Wellenfront-Erfassungseinheit 60, die Steuereinheiten 71, 72 und dergleichen. Diese Zeichnung stellt die Struktur, die sich von der Lichtquelleneinheit durch ein Objekt zum ersten Wellenfront-Modulationselement 31 erstreckt, nicht dar.The observation device according to the third embodiment will now be explained. 11 Fig. 13 is a structural diagram of an observation device 3 according to the third embodiment. The observation device illustrated in this drawing 3 comprises a light source unit, a first and a second wavefront modulation element 31 or. 32 as wavefront modulation units, an optical branching unit 40 , a light detection unit 50 , a wavefront detection unit 60 , the control units 71 , 72 and the same. This drawing represents the structure that extends from the light source unit through an object to the first wavefront modulation element 31 extends, does not represent.

Das erste Wellenfront-Modulationselement 31 stellt ein Kompensations-Phasenmuster zum Kompensieren der Wellenfrontverzerrung des Lichts dar. Das zweite Wellenfront-Modulationselement 32 stellt ein Verzweigungs-Phasenmuster zum Aufspalten des Eingangslichts in ein erstes und ein zweites Strahlenbündel dar. Die Linsen L₃₀, L₃₁ sind im optischen Weg zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenfront-Modulationselement 31 bzw. 32 angeordnet, die optisch konjugiert zueinander positioniert sind.The first wavefront modulation element 31 Fig. 10 shows a compensation phase pattern for compensating for the wavefront distortion of the light. The second wavefront modulation element 32 shows a branching phase pattern for splitting the input light into a first and a second beam. The lenses L ₃₀ , L ₃₁ are in the optical path between the first and the second wavefront modulation element 31 or. 32 arranged, which are positioned optically conjugate to one another.

Das Wellenfront-Modulationselement 32 ist in einer vorderen Brennpunktposition einer Linse L₂₃ angeordnet, die optische Verzweigungseinheit 40 in einer hinteren Brennpunktposition der Linse L₂₃ angeordnet und die Linse L₂₃ bildet ein optisches Fourier-Transformationssystem. The wavefront modulation element 32 is arranged in a front focal position of a lens L ₂₃ , the optical branching unit 40 arranged in a rear focal position of the lens L ₂₃ , and the lens L ₂₃ forms an optical Fourier transform system.

Deshalb konvergieren sowohl das erste als auch das zweite Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, an dem Ort (der hinteren Brennpunktposition der Linse L₂₃), wo die optische Verzweigungseinheit 40 angeordnet ist. Indem z. B. in einer der Konvergenzpositionen des ersten bzw. des zweiten Strahlenbündels ein reflektierender Abschnitt und ein durchlassender Abschnitt in der anderen vorgesehen sind, kann die optische Verzweigungseinheit 40 das erste und das zweite Strahlenbündel räumlich völlig voneinander trennen.Therefore, both the first and the second bundle of rays from the wavefront modulation unit converge 30th are output at the place (the back focus position of the lens L ₂₃ ) where the optical branching unit 40 is arranged. By z. B. in one of the convergence positions of the first or the second beam, a reflecting section and a transmitting section are provided in the other, the optical branching unit 40 the first and second bundles of rays spatially completely separate from one another.

Eine in der Steuereinheit 71 enthaltene Steuerschaltungseinheit 714 empfängt die Informationen, die eine Wellenfront-Phasenverteilung angeben, von der Wellenfront-Messeinheit 61, fertigt entsprechend diesen Informationen ein Kompensations-Phasenmuster aus und veranlasst das erste Wellenfront-Modulationselement 31, dieses Kompensations-Phasenmuster darzustellen.One in the control unit 71 The included control circuit unit 714 receives the information indicating a wavefront phase distribution from the wavefront measuring unit 61 , produces a compensation phase pattern according to this information and causes the first wavefront modulation element 31 to represent this compensation phase pattern.

Eine in der Steuereinheit 72 enthaltene Eingabeeinheit 721 empfängt die Eingaben der Parameter, die für das Ausfertigen des Verzweigungs-Phasenmusters notwendig sind, und liefert die Parameter zur Ausfertigungseinheit 722 für das Verzweigungs-Phasenmuster. Die Ausfertigungseinheit 722 für das Verzweigungs-Phasenmuster fertigt das Verzweigungs-Phasenmuster so aus, dass das erste und das zweite Strahlenbündel (das Licht nullter Ordnung und das gebeugte Licht erster Ordnung), die von dem zweiten Wellenfront-Modulationselement 32 ausgegeben werden, entsprechend den von der Eingabeeinheit 721 empfangenen Parametern ein erwünschtes Verzweigungsverhältnis erreichen, und liefert das so hergestellte Verzweigungs-Phasenmuster zu einer Steuerschaltungseinheit 724. Die Steuerschaltungseinheit 724 veranlasst das zweite Wellenfront-Modulationselement 32, dieses Phasenmuster darzustellen.One in the control unit 72 The included input unit 721 receives the inputs of the parameters necessary for the preparation of the branching phase pattern and supplies the parameters to the preparation unit 722 for the branching phase pattern. The branch phase pattern making unit 722 makes the branch phase pattern so that the first and second beams (the zeroth-order light and the first-order diffracted light) emitted by the second wavefront modulation element 32 can achieve a desired branching ratio in accordance with the parameters received from the input unit 721, and supplies the branch phase pattern thus established to a control circuit unit 724. The control circuit unit 724 causes the second wavefront modulation element 32 to represent this phase pattern.

In der Beobachtungsvorrichtung 3 gemäß dieser Ausführungsform besitzt das durch das Objekt erzeugte Licht eine durch das durch das erste Wellenfront-Modulationselement 31 dargestellte Kompensations-Phasenmuster kompensierte Wellenfront-Aberration, wobei es durch die Linsen L₂₁, L₂₂ hindurchgeht und durch das durch das zweite Wellenfront-Modulationselement 32, das zum ersten Wellenfront-Modulationselement 31 konjugiert positioniert ist, dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster in das erste und das zweite Strahlenbündel aufgespalten wird.In the observation device 3 according to this embodiment, the light generated by the object has a light generated by the first wavefront modulation element 31 Compensated compensation phase pattern shown Wavefront aberration, where it passes through the lenses L ₂₁ , L ₂₂ and through that through the second wavefront modulation element 32 , which is the first wavefront modulation element 31 is positioned conjugate, illustrated branching phase pattern is split into the first and the second beam.

Das erste und das zweite Strahlenbündel, die vom zweiten Wellenfront-Modulationselement 32 ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, werden durch die Linse L₂₃ durchgeleitet und durch die optische Verzweigungseinheit 40 veranlasst, in entsprechenden Richtungen, die voneinander verschieden sind, weiterzugehen. Von dem von der optischen Verzweigungseinheit 40 ausgegebenen Licht wird das erste Strahlenbündel durch eine Linse L₂₄ in die Lichterfassungseinheit 50 eingespeist, während das zweite Strahlenbündel durch eine Linse L₂₅ in die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 eingespeist wird.The first and second bundles of rays emitted by the second wavefront modulation element 32 while being split under the action of the branching phase pattern are _{transmitted through the lens L 23} and through the branching optical unit 40 made to proceed in respective directions different from each other. From that of the optical branching unit 40 Output light is the first beam through a lens L ₂₄ into the light detection unit 50 fed, while the second beam through a lens L ₂₅ in the wavefront detection unit 60 is fed in.

Das Kompensations-Phasenmuster zum Kompensieren der Wellenfront-Aberration wird in einer Schleifenverarbeitung geregelt, die die Erfassung der Wellenfrontverzerrung in dem Licht durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60, die Einstellung des Phasenmusters durch die Steuereinheit 71 entsprechend dem Ergebnis der Erfassung und die Darstellung des Phasenmusters durch das Wellenfront-Modulationselement 31 umfasst. Das Objekt wird beobachtet, wie die Lichterfassungseinheit 50 das Licht empfängt.The compensating phase pattern for compensating for the wavefront aberration is controlled in a loop processing which enables the wavefront detection unit to detect the wavefront distortion in the light 60 , the setting of the phase pattern by the control unit 71 corresponding to the result of the detection and the representation of the phase pattern by the wavefront modulation element 31 includes. The object is observed like the light detection unit 50 receives the light.

Die Beobachtungsvorrichtung 3 gemäß dieser Ausführungsform enthält zwei Wellenfront-Modulationselemente 31, 32 als die Wellenfront-Modulationseinheiten, die die optischen Systeme verkomplizieren und den Umfang der Vorrichtung vergrößern, sie besitzt aber die folgenden Vorteile. Das erste Wellenfront-Modulationselement 31 für die Kompensation ist erforderlich, um eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit zu haben, um die Kompensationsgenauigkeit zu erhöhen. Das zweite Wellenfront-Modulationselement 32 für das Aufspalten ist weniger für eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit erforderlich, sondern mehr für eine hohe räumliche Auflösung. Im Allgemeinen ist die Reaktionsgeschwindigkeit der Wellenfront-Modulationseinheit niedriger, wie die Anzahl der Bildpunkte größer ist. Deshalb wird ein Wellenfront-Modulationselement mit einer kleineren Anzahl von Bildpunkten, aber einer höheren Reaktionsgeschwindigkeit als das erste Wellenfront-Modulationselement 31 für die Kompensation verwendet, während eines mit einer niedrigeren Reaktionsgeschwindigkeit, aber einer größeren Anzahl von Bildpunkten als das zweite Wellenfront-Modulationselement 32 für das Aufspalten verwendet wird. Folglich kann das Verwenden optimaler Wellenfront-Modulationselemente als die Wellenfront-Modulationselemente 31, 32 entsprechend ihren jeweils erforderlichen Leistungen die Messgeschwindigkeit und die Messgenauigkeit verbessern.The observation device 3 according to this embodiment contains two wavefront modulation elements 31 , 32 than the wavefront modulation units that complicate the optical systems and increase the scale of the apparatus, but it has the following advantages. The first wavefront modulation element 31 for the compensation is required to have a high response speed in order to increase the compensation accuracy. The second wavefront modulation element 32 splitting is required less for high reaction speed and more for high spatial resolution. In general, the response speed of the wavefront modulation unit is slower as the number of pixels is larger. Therefore, a wavefront modulation element having a smaller number of pixels but a higher response speed than the first wavefront modulation element becomes 31 used for compensation, during one with a lower response speed but a larger number of pixels than the second wavefront modulation element 32 used for splitting. Thus, using optimal wavefront modulation elements as the wavefront modulation elements 31 , 32 improve the measuring speed and the measuring accuracy according to their respective required performance.

Die vierte AusführungsformThe fourth embodiment

Nun wird die Beobachtungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform erklärt. 12 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 4 gemäß der vierten Ausführungsform. Die Beobachtungsvorrichtung 4 gemäß der vierten Ausführungsform, die in 12 veranschaulicht ist, unterscheidet sich von der Struktur der Beobachtungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 veranschaulicht ist, insofern, als sie anstelle der Steuereinheit 70 eine Steuereinheit 73 aufweist.The observation device according to the fourth embodiment will now be explained. 12 Fig. 13 is a structural diagram of an observation device 4th according to the fourth embodiment. The observation device 4th according to the fourth embodiment shown in 12 is different from the structure of the observation device 1 according to the first embodiment shown in 1 is illustrated in that it is in place of the control unit 70 a control unit 73 having.

Entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 und die Wellenfront-Messeinheit 61 erfassten Wellenfront stellt die Steuereinheit 73 das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Kompensations-Phasenmuster ein, indem sie sie so regelt, dass die Verzerrung der erfassten Wellenfront kleiner wird. Die Steuereinheit 73 setzt außerdem einen Zielwert für das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, und stellt das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster entsprechend diesem Zielwert ein.Corresponding to that by the wavefront detection unit 60 and the wavefront measuring unit 61 detected wave front is provided by the control unit 73 that by the wavefront modulation unit 30th compensation phase pattern shown by regulating them so that the distortion of the detected wavefront is smaller. The control unit 73 also sets a target value for the power ratio between the first and second beams emitted by the wavefront modulation unit 30th are outputted while being split under the action of the branching phase pattern, and represents that by the wavefront modulation unit 30th shown branch phase pattern according to this target value.

Die Steuereinheit 73 enthält eine Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 731 für die Abbildung, eine Ausfertigungseinheit 732 für das Verzweigungs-Phasenmuster, eine Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 733 und eine Steuerschaltungseinheit 734. Die Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 731 für die Abbildung empfängt ein Signal, das das Ergebnis der Erfassung einer optischen Leistung durch die Lichterfassungseinheit 50 angibt, bestimmt, ob die optische Leistung in einen geeigneten Bereich fällt, und liefert das Ergebnis der Bestimmung an die Ausfertigungseinheit 732 für das Verzweigungs-Phasenmuster. Die Ausfertigungseinheit 732 für das Verzweigungs-Phasenmuster bestimmt entsprechend dem Ergebnis der Bestimmung durch die Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 731 für die Abbildung einen Zielwert für das Verzweigungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel (dem Licht nullter Ordnung und dem gebeugten Licht erster Ordnung), die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, so dass die Leistung des durch die Lichterfassungseinheit 50 empfangenen Lichts in den geeigneten Bereich fällt, fertigt ein derartiges Verzweigungs-Phasenmuster aus, um dieses Verzweigungsverhältnis hervorzubringen, und liefert das so hergestellte Verzweigungs-Phasenmuster an die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 733.The control unit 73 includes an image light intensity determination unit 731, a branch phase pattern making-out unit 732, a control data making-out unit 733, and a control circuit unit 734. The image light-intensity determination unit 731 receives a signal indicating the result of optical power detection by the light detection unit 50 , determines whether the optical power falls within an appropriate range, and supplies the result of the determination to the branching phase pattern making out unit 732. The branching phase pattern preparing unit 732 determines, according to the result of the determination by the image light intensity determining unit 731, a target value for the branching ratio between the first and second beams (the zeroth-order light and the first-order diffracted light), which are shown by the wavefront modulation unit 30th are output so that the power of the through the light sensing unit 50 received light falls within the appropriate range, prepares such a branching phase pattern to bring out this branching relationship, and provides that branch phase patterns thus prepared to the control data preparation unit 733.

Die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 733 empfängt die Informationen, die eine Wellenfront-Phasenverteilung angeben, von der Wellenfront-Messeinheit 61, und fertigt entsprechend diesen Informationen ein Kompensations-Phasenmuster aus. Die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 733 empfängt außerdem das Verzweigungs-Phasenmuster von der Ausfertigungseinheit 732 für das Verzweigungs-Phasenmuster, fertigt ein Phasenmuster aus, in dem das so hergestellte Kommunikations-Phasenmuster und das Verzweigungs-Phasenmuster einander überlagert sind, und liefert das resultierende Phasenmuster an die Steuerschaltungseinheit 734. Die Steuerschaltungseinheit 734 empfängt das Phasenmuster von der Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 733 und veranlasst die Wellenfront-Modulationseinheit 30, das Phasenmuster darzustellen.The control data preparation unit 733 receives the information indicating a wavefront phase distribution from the wavefront measuring unit 61 , and uses this information to prepare a compensation phase pattern. The control data preparation unit 733 also receives the branch phase pattern from the branch phase pattern preparation unit 732, prepares a phase pattern in which the communication phase pattern thus prepared and the branch phase pattern are superimposed, and supplies the resultant phase pattern to Control circuit unit 734. The control circuit unit 734 receives the phase pattern from the control data preparation unit 733, and causes the wavefront modulation unit 30th to represent the phase pattern.

Folglich kann die Beobachtungsvorrichtung 4 gemäß dieser Ausführungsform das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster so einstellen, dass die Leistung des durch die Lichterfassungseinheit 50 empfangenen Lichts in einen geeigneten Bereich fällt, wobei sie es dadurch möglich macht, Objekte mit einer festen Qualität zu beobachten, selbst wenn das Licht durch die Objekte mit verschiedenen Pegeln reflektiert wird.Consequently, the observation device 4th according to this embodiment, that by the wavefront modulation unit 30th set the branching phase pattern shown so that the output of the by the light detection unit 50 received light falls within an appropriate range, thereby making it possible to observe objects with a fixed quality even if the light is reflected by the objects at different levels.

Die fünfte AusführungsformThe fifth embodiment

Nun wird die Beobachtungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform erklärt. 13 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 5 gemäß der fünften Ausführungsform. Die Beobachtungsvorrichtung 5 gemäß der fünften Ausführungsform, die in 13 veranschaulicht ist, unterscheidet sich von der Struktur der Beobachtungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 veranschaulicht ist, insofern, als sie anstelle der Wellenfront-Messeinheit 61 und der Steuereinheit 70 eine Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 bzw. eine Steuereinheit 74 aufweist.The observation device according to the fifth embodiment will now be explained. 13 Fig. 13 is a structural diagram of an observation device 5 according to the fifth embodiment. The observation device 5 according to the fifth embodiment shown in FIG 13 is different from the structure of the observation device 1 according to the first embodiment shown in 1 is illustrated in that it replaces the wavefront measuring unit 61 and the control unit 70 a light intensity / wavefront measuring unit 62 or a control unit 74 having.

Die Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 misst die Wellenfrontverzerrung des zweiten Strahlenbündels entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 erfassten Wellenfront des zweiten Strahlenbündels und die durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 erfasste Intensität des zweiten Strahlenbündels. 14 ist ein Ablaufplan der Verarbeitung durch die Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 in dem Fall, in dem ein Shack-Hartmann-Sensor als die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 verwendet wird. Wie in dieser graphischen Darstellung veranschaulicht ist, wird das von dem Bildsensor 602 des Shack-Hartmann-Sensors ausgegebene Ausgangssignal, das die Verteilung der Konvergenzpositionen angibt, in die Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 eingegeben; wobei sie es den entsprechenden Operationen für die Anfangsverarbeitung, die Schwerpunktsberechnung, die Berechnung des Versatzes des Schwerpunktes, die Berechnung des Aberrationskoeffizienten, die Phasenberechnung an jedem Steuerpunkt und dergleichen unterwirft; und ihre Ergebnisse zur Steuereinheit 74 ausgibt. Die Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 addiert außerdem die entsprechenden optischen Leistungen an den vom Bildsensor 602 des Shack-Hartmann-Sensors ausgegebenen Konvergenzpositionen und gibt das Ergebnis der Addition an die Steuereinheit 74 aus.The light intensity / wavefront measuring unit 62 measures the wavefront distortion of the second bundle of rays corresponding to that caused by the wavefront detection unit 60 detected wavefront of the second beam and that by the wavefront detection unit 60 detected intensity of the second beam. 14th Fig. 13 is a flow chart of the processing by the light intensity / wavefront measuring unit 62 in the case where a Shack-Hartmann sensor is used as the wavefront detection unit 60 is used. As illustrated in this graph, the output signal outputted by the image sensor 602 of the Shack-Hartmann sensor, which indicates the distribution of the convergence positions, is input into the light intensity / wavefront measuring unit 62 entered; subjecting it to the respective operations for initial processing, center of gravity calculation, calculation of offset of the center of gravity, calculation of aberration coefficient, phase calculation at each control point, and the like; and their results to the control unit 74 issues. The light intensity / wavefront measuring unit 62 also adds the corresponding optical powers at the convergence positions output by the image sensor 602 of the Shack-Hartmann sensor and sends the result of the addition to the control unit 74 out.

Entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 und die Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 erfassten Wellenfront stellt die Steuereinheit 74 das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Kompensations-Phasenmuster ein, indem sie sie so regelt, dass die Verzerrung der erfassten Wellenfront kleiner wird. Die Steuereinheit 74 setzt außerdem einen Zielwert für das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, und stellt das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster entsprechend diesem Zielwert ein.Corresponding to that by the wavefront detection unit 60 and the light intensity / wavefront measuring unit 62 detected wave front is provided by the control unit 74 that by the wavefront modulation unit 30th compensation phase pattern shown by regulating them so that the distortion of the detected wavefront is smaller. The control unit 74 also sets a target value for the power ratio between the first and second beams emitted by the wavefront modulation unit 30th are outputted while being split under the action of the branching phase pattern, and represents that by the wavefront modulation unit 30th shown branch phase pattern according to this target value.

Die Steuereinheit 74 umfasst eine Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 741 für die Wellenfrontmessung, eine Ausfertigungseinheit 742 für das Verzweigungs-Phasenmuster, eine Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 743 und eine Steuerschaltungseinheit 744. Die Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 741 für die Wellenfrontmessung empfängt ein Signal, das das Ergebnis der Erfassung einer optischen Leistung durch die Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 angibt, bestimmt, ob die optische Leistung in einen geeigneten Bereich fällt, und liefert das Ergebnis der Bestimmung an die Ausfertigungseinheit 742 für das Verzweigungs-Phasenmuster. Die Ausfertigungseinheit 742 für das Verzweigungs-Phasenmuster bestimmt entsprechend dem Ergebnis der Bestimmung durch die Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 741 für die Wellenfrontmessung einen Zielwert für das Verzweigungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel (dem Licht nullter Ordnung und dem gebeugten Licht erster Ordnung), die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, so dass die Leistung des durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfangenen Lichts in den geeigneten Bereich fällt, fertigt ein derartiges Verzweigungs-Phasenmuster aus, um dieses Verzweigungsverhältnis hervorzubringen, und liefert das so hergestellte Verzweigungs-Phasenmuster an die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 743.The control unit 74 comprises a light intensity determination unit 741 for wavefront measurement, a making out unit 742 for branch phase pattern, a control data making out unit 743 and a control circuit unit 744. The light intensity determining unit 741 for wavefront measurement receives a signal indicating the result of detection of optical power by the light intensity / wavefront measuring unit 62 indicates whether the optical power falls within an appropriate range, and supplies the result of the determination to the branching phase pattern making out unit 742. The branching phase pattern preparing unit 742 determines, according to the result of the determination by the light intensity determining unit 741 for the wavefront measurement, a target value for the branching ratio between the first and second beams (the zeroth-order light and the first-order diffracted light), which are shown by the wavefront modulation unit 30th are output so that the power of the through the wavefront detection unit 60 received light falls within the appropriate range, prepares such a branching phase pattern to produce this branching relationship, and delivers the branch phase pattern thus prepared to the control data preparation unit 743.

Die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 743 empfängt die Informationen, die eine Wellenfront-Phasenverteilung angeben, von der Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 und fertigt entsprechend diesen Informationen ein Kompensations-Phasenmuster aus. Die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 743 empfängt außerdem das Verzweigungs-Phasenmuster von der Ausfertigungseinheit 742 für das Verzweigungs-Phasenmuster, fertigt ein Phasenmuster aus, in dem das so hergestellte Kompensations-Phasenmuster und das Verzweigungs-Phasenmuster einander überlagert sind, und liefert das resultierende Phasenmuster an die Steuerschaltungseinheit 744. Die Steuerschaltungseinheit 744 empfängt das Phasenmuster von der Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 743 und veranlasst die Wellenfront-Modulationseinheit 30, das Phasenmuster darzustellen.The control data preparation unit 743 receives the information indicating a wavefront phase distribution from the light intensity / wavefront measuring unit 62 and prepares a compensation phase pattern based on this information. The control data preparation unit 743 also receives the branch phase pattern from the branch phase pattern preparation unit 742, prepares a phase pattern in which the thus prepared compensation phase pattern and the branch phase pattern are superimposed, and supplies the resultant phase pattern to the Control circuit unit 744. The control circuit unit 744 receives the phase pattern from the control data preparation unit 743 and causes the wavefront modulation unit 30th to represent the phase pattern.

Folglich kann die Beobachtungsvorrichtung 5 gemäß dieser Ausführungsform das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster so einstellen, dass die Leistung des durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfangenen Lichts in einen geeigneten Bereich fällt, wobei sie es dadurch möglich macht, Objekte mit einer festen Qualität zu beobachten, selbst wenn das Licht durch die Objekte mit verschiedenen Pegeln reflektiert wird.Consequently, the observation device 5 according to this embodiment, that by the wavefront modulation unit 30th set the branching phase pattern shown so that the performance of the by the wavefront detection unit 60 received light falls within an appropriate range, thereby making it possible to observe objects with a fixed quality even if the light is reflected by the objects at different levels.

Die sechste AusführungsformThe sixth embodiment

Nun wird die Beobachtungsvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform erklärt. 15 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 6 gemäß der sechsten Ausführungsform. Die Beobachtungsvorrichtung 6 gemäß der sechsten Ausführungsform, die in 15 veranschaulicht ist, unterscheidet sich von der Struktur der Beobachtungsvorrichtung 5 gemäß der fünften Ausführungsform, die in 13 veranschaulicht ist, insofern, als sie anstelle der Steuereinheit 74 eine Steuereinheit 75 aufweist.The observation device according to the sixth embodiment will now be explained. 15th Fig. 13 is a structural diagram of an observation device 6th according to the sixth embodiment. The observation device 6th according to the sixth embodiment shown in FIG 15th is different from the structure of the observation device 5 according to the fifth embodiment shown in FIG 13 is illustrated in that it is in place of the control unit 74 a control unit 75 having.

Entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 und die Wellenfront-Messeinheit 62 erfassten Wellenfront stellt die Steuereinheit 75 das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Kompensations-Phasenmuster ein, indem sie sie so regelt, dass die Verzerrung der erfassten Wellenfront kleiner wird. Die Steuereinheit 75 setzt außerdem einen Zielwert für das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, und stellt das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster entsprechend diesem Zielwert ein.Corresponding to that by the wavefront detection unit 60 and the wavefront measuring unit 62 detected wave front is provided by the control unit 75 that by the wavefront modulation unit 30th compensation phase pattern shown by regulating them so that the distortion of the detected wavefront is smaller. The control unit 75 also sets a target value for the power ratio between the first and second beams emitted by the wavefront modulation unit 30th are outputted while being split under the action of the branching phase pattern, and represents that by the wavefront modulation unit 30th shown branch phase pattern according to this target value.

Die Steuereinheit 75 umfasst eine Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 751, eine Ausfertigungseinheit 752 für das Verzweigungs-Phasenmuster, eine Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 753 und eine Steuerschaltungseinheit 754. Die Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 751 empfängt ein Signal, das das Ergebnis der Erfassung einer optischen Leistung durch die Lichterfassungseinheit 50 angibt, und ein Signal, das das Ergebnis der Erfassung einer optischen Leistung durch die Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 angibt, bestimmt, ob diese optischen Leistungen in einen geeigneten Bereich fallen, und liefert das Ergebnis der Bestimmung an die Ausfertigungseinheit 752 für das Verzweigungs-Phasenmuster. Die Ausfertigungseinheit 752 für das Verzweigungs-Phasenmuster bestimmt entsprechend dem Ergebnis der Bestimmung durch die Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 751 einen Zielwert für das Verzweigungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel (dem Licht nullter Ordnung und dem gebeugten Licht erster Ordnung), die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, so dass die Leistung des durch die Lichterfassungseinheit 50 oder die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfangenen Lichts in den geeigneten Bereich fällt, fertigt ein derartiges Verzweigungs-Phasenmuster aus, um dieses Verzweigungsverhältnis hervorzubringen, und liefert das so hergestellte Verzweigungs-Phasenmuster an die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 753.The control unit 75 includes a light intensity determination unit 751, a branching phase pattern making-out unit 752, a control data making-out unit 753, and a control circuit unit 754. The light-intensity determination unit 751 receives a signal indicating the result of optical power detection by the light detection unit 50 and a signal indicating the result of detection of an optical power by the light intensity / wavefront measuring unit 62 indicates whether these optical powers fall within an appropriate range, and supplies the result of the determination to the branching phase pattern preparation unit 752. The branching phase pattern preparing unit 752 determines, according to the result of the determination by the light intensity determining unit 751, a target value for the branching ratio between the first and second bundles of rays (the zero-order light and the first-order diffracted light) which the wavefront Modulation unit 30th are output so that the power of the through the light sensing unit 50 or the wavefront detection unit 60 received light falls within the appropriate range, prepares such a branching phase pattern to bring about this branching relationship, and supplies the branching phase pattern thus made to the control data making unit 753.

Die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 753 empfängt die Informationen, die eine Wellenfront-Phasenverteilung angeben, von der Wellenfront-Messeinheit 62 und fertigt entsprechend diesen Informationen ein Kompensations-Phasenmuster aus. Die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 753 empfängt außerdem das Verzweigungs-Phasenmuster von der Ausfertigungseinheit 752 für das Verzweigungs-Phasenmuster, fertigt ein Phasenmuster aus, in dem das so hergestellte Kompensations-Phasenmuster und das Verzweigungs-Phasenmuster einander überlagert sind, und liefert das resultierende Phasenmuster an die Steuerschaltungseinheit 754. Die Steuerschaltungseinheit 754 empfängt das Phasenmuster von der Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 753 und veranlasst die Wellenfront-Modulationseinheit 30, das Phasenmuster darzustellen.The control data preparation unit 753 receives the information indicating a wavefront phase distribution from the wavefront measuring unit 62 and prepares a compensation phase pattern based on this information. The control data preparation unit 753 also receives the branch phase pattern from the branch phase pattern preparation unit 752, prepares a phase pattern in which the thus prepared compensation phase pattern and the branch phase pattern are superimposed, and supplies the resultant phase pattern to the Control circuit unit 754. The control circuit unit 754 receives the phase pattern from the control data preparation unit 753 and causes the wavefront modulation unit 30th to represent the phase pattern.

Folglich kann die Beobachtungsvorrichtung 6 gemäß dieser Ausführungsform das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster so einstellen, dass die Leistung des durch die Lichterfassungseinheit 50 oder die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfangenen Lichts in einen geeigneten Bereich fällt, wobei sie es dadurch möglich macht, Objekte mit einer festen Qualität zu beobachten, selbst wenn das Licht durch die Objekte mit verschiedenen Pegeln reflektiert wird.Consequently, the observation device 6th according to this embodiment, that by the wavefront modulation unit 30th set the branching phase pattern shown so that the output of the by the light detection unit 50 or the wavefront detection unit 60 received light falls within a suitable range, thereby making it possible to spot objects with a fixed Observe quality even when the light is reflected by the objects at different levels.

Die siebente AusführungsformThe seventh embodiment

Nun wird die Beobachtungsvorrichtung gemäß der siebenten Ausführungsform erklärt. 16 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 7 gemäß der siebenten Ausführungsform. Die Beobachtungsvorrichtung 7 gemäß der siebenten Ausführungsform, die in 16 veranschaulicht ist, unterscheidet sich von der Struktur der Beobachtungsvorrichtung 6 gemäß der sechsten Ausführungsform, die in 15 veranschaulicht ist, insofern, als sie ferner einen Lichtquellentreiber 11 umfasst.The observation device according to the seventh embodiment will now be explained. 16 Fig. 13 is a structural diagram of an observation device 7th according to the seventh embodiment. The observation device 7th according to the seventh embodiment shown in FIG 16 is different from the structure of the observation device 6th according to the sixth embodiment shown in FIG 15th is illustrated in that it also includes a light source driver 11 includes.

Der Lichtquellentreiber 11 steuert die Lichtquelleneinheit 10 unter der Steuerung der in der Steuereinheit 75 enthaltenen Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 751 an, um die Leistung des von der Lichtquelleneinheit 10 ausgegebenen Lichts einzustellen. Wenn die Leistung des von einem Objekt reflektierten Lichts äußerst klein ist, können z. B. sowohl die Abbildung als auch die Wellenfront-Erfassung misslingen. In diesem Fall wird versucht, die Abbildung allein auszuführen, nachdem nur die Wellenfront-Erfassung ausgeführt worden ist. Falls dieser Versuch misslingt, wird die Intensität des von der Lichtquelleneinheit 10 ausgegebenen Lichts durch den Lichtquellentreiber 11 allmählich vergrößert. Folglich können die Abbildung und die Wellenfront-Erfassung ausgeführt werden, selbst wenn der Pegel des von einem Objekt reflektierten Lichts niedrig ist, wodurch der Betrag der Belichtung des Objekts mit Licht minimiert werden kann.The light source driver 11 controls the light source unit 10 under the control of in the control unit 75 included light intensity determining unit 751 to determine the power of the light source unit 10 output light. When the power of the light reflected from an object is extremely small, e.g. B. both the mapping and the wavefront detection fail. In this case, an attempt is made to perform the imaging alone after performing only the wavefront detection. If this attempt fails, the intensity of the from the light source unit becomes 10 output light through the light source driver 11 gradually enlarged. As a result, imaging and wavefront detection can be carried out even when the level of light reflected from an object is low, whereby the amount of exposure of the object to light can be minimized.

Wenn der Pegel des von dem Objekt reflektierten Lichts ausreichend ist, während die entsprechenden Lichtempfangsleistungen für das Abbilden und die Wellenfront-Erfassung ausreichend sind, kann im Gegensatz der Betrag der Belichtung des Objekts mit Licht verringert werden, wie die Intensität des von der Lichtquelleneinheit 10 ausgegebenen Lichts durch den Lichtquellentreiber 11 niedriger gemacht wird.In contrast, if the level of light reflected from the object is sufficient while the respective light receiving powers are sufficient for imaging and wavefront detection, the amount of exposure of the object to light can be reduced, such as the intensity of the light source unit 10 output light through the light source driver 11 is made lower.

Die achte AusführungsformThe eighth embodiment

Nun wird die Beobachtungsvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform erklärt. 17 ist eine strukturelle graphische Darstellung der Beobachtungsvorrichtung 8 gemäß der achten Ausführungsform. Die Beobachtungsvorrichtung 8 gemäß der achten Ausführungsform, die in 17 veranschaulicht ist, unterscheidet sich von der Struktur der Beobachtungsvorrichtung 3 gemäß der dritten Ausführungsform, die in 11 veranschaulicht ist, insofern, als sie anstelle der Wellenfront-Messeinheit 61 und der Steuereinheit 72 eine Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 bzw. eine Steuereinheit 76 aufweist und ferner einen Lichtquellentreiber 11 umfasst.The observation device according to the eighth embodiment will now be explained. 17th Fig. 13 is a structural diagram of the observation device 8th according to the eighth embodiment. The observation device 8th according to the eighth embodiment shown in 17th is different from the structure of the observation device 3 according to the third embodiment shown in 11 is illustrated in that it replaces the wavefront measuring unit 61 and the control unit 72 a light intensity / wavefront measuring unit 62 or a control unit 76 and further comprises a light source driver 11 includes.

Die Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 misst die Wellenfrontverzerrung des zweiten Strahlenbündels entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 erfassten Wellenfront des zweiten Strahlenbündels und die durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 erfasste Intensität des zweiten Strahlenbündels.The light intensity / wavefront measuring unit 62 measures the wavefront distortion of the second bundle of rays corresponding to that caused by the wavefront detection unit 60 detected wavefront of the second beam and that by the wavefront detection unit 60 detected intensity of the second beam.

Die Steuereinheit 76 enthält eine Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 761 für die Abbildung, eine Ausfertigungseinheit 762 für das Verzweigungs-Phasenmuster und eine Steuerschaltungseinheit 764. Die Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 761 empfängt ein Signal, das das Ergebnis der Erfassung einer optischen Leistung durch die Lichterfassungseinheit 50 angibt, und ein Signal, das das Ergebnis der Erfassung einer optischen Leistung durch die Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 angibt, bestimmt, ob diese optischen Leistungen in einen geeigneten Bereich fallen, und liefert das Ergebnis der Bestimmung an die Ausfertigungseinheit 762 für das Verzweigungs-Phasenmuster. Die Ausfertigungseinheit 762 für das Verzweigungs-Phasenmuster bestimmt entsprechend dem Ergebnis der Bestimmung durch die Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 761 einen Zielwert für das Verzweigungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel (dem Licht nullter Ordnung und dem gebeugten Licht erster Ordnung), die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, so dass die Leistung des durch die Lichterfassungseinheit 50 oder die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfangenen Lichts in den geeigneten Bereich fällt, fertigt ein derartiges Verzweigungs-Phasenmuster aus, um dieses Verzweigungsverhältnis hervorzubringen, und liefert das so hergestellte Verzweigungs-Phasenmuster an die Steuerschaltungseinheit 764. Die Steuerschaltungseinheit 764 veranlasst das zweite Wellenfront-Modulationselement 32, dieses Phasenmuster darzustellen.The control unit 76 includes an image light intensity determination unit 761, a branch phase pattern making unit 762, and a control circuit unit 764. The light intensity determination unit 761 receives a signal indicating the result of optical power detection by the light detection unit 50 and a signal indicating the result of detection of an optical power by the light intensity / wavefront measuring unit 62 indicates whether these optical powers fall within an appropriate range, and supplies the result of the determination to the branching phase pattern preparation unit 762. The branching phase pattern preparing unit 762 determines, according to the result of the determination by the light intensity determining unit 761, a target value for the branching ratio between the first and second bundles of rays (the zero-order light and the first-order diffracted light) which the wavefront Modulation unit 30th are output so that the power of the through the light sensing unit 50 or the wavefront detection unit 60 received light falls within the appropriate range, prepares such a branching phase pattern to bring about this branching relationship, and delivers the branching phase pattern thus produced to the control circuit unit 764. The control circuit unit 764 causes the second wavefront modulation element 32 to represent this phase pattern.

Der Lichtquellentreiber 11 steuert die Lichtquelleneinheit 10 unter der Steuerung der in der Steuereinheit 76 enthaltenen Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 761 an, um die Leistung des von der Lichtquelleneinheit 10 ausgegebenen Lichts einzustellen.The light source driver 11 controls the light source unit 10 under the control of in the control unit 76 included light intensity determining unit 761 to determine the power of the light source unit 10 output light.

Industrielle AnwendbarkeitIndustrial applicability

Die vorliegende Erfindung schafft eine Beobachtungsvorrichtung, die einen weiten Bereich von Objekten unter Verwendung einer Kompensationstechnik für die Wellenfront-Aberration beobachten oder messen kann.The present invention provides an observation apparatus which can observe or measure a wide range of objects using a wavefront aberration compensation technique.

Claims (5)

Beobachtungsvorrichtung (1 - 8), die umfasst: eine Lichtquelleneinheit (10) zum Ausgeben von Licht; ein optisches Bestrahlungssystem zum Bestrahlen eines Objekts (91) mit dem von der Lichtquelleneinheit (10) ausgegebenen Licht; ein optisches Erfassungssystem zum Führen eines bei der Bestrahlung des Objekts (91) mit dem Licht von dem optischen Bestrahlungssystem erzeugten Strahlenbündels; eine Wellenfront-Modulationseinheit (30)zum Darstellen eines Kompensations-Phasenmusters zum Kompensieren einer Aberration des Eingangslichts und eines Verzweigungs-Phasenmusters zum Aufspalten des Eingangslichts in ein erstes und ein zweites Strahlenbündel, Eingeben des durch das optische Erfassungssystem geführten Strahlenbündels, Phasenmodulieren des eingegebenen Strahlenbündels entsprechend dem Kompensations-Phasenmuster und dem Verzweigungs-Phasenmuster und Ausgeben des phasenmodulierten Strahlenbündels; ein optisches Verzweigungssystem (40) zum Führen des ersten und des zweiten Strahlenbündels, die von der Wellenfront-Modulationseinheit (30) ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, in entsprechende Richtungen, die voneinander verschieden sind; eine Lichterfassungseinheit (50) zum Empfangen des ersten Strahlenbündels, das durch das optische Verzweigungssystem (40) geführt und in sie eingegeben wird, und Erfassen einer Leistung des so empfangenen ersten Strahlenbündels; eine Wellenfront-Erfassungseinheit (60) zum Empfangen des zweiten Strahlenbündels, das durch das optische Verzweigungssystem (40) geführt und in sie eingegeben wird, und Erfassen einer Wellenfront des so empfangenen zweiten Strahlenbündels; und eine Steuereinheit (70) zum Einstellen des durch die Wellenfront-Modulationseinheit (30) dargestellten Kompensations-Phasenmusters entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit (60) erfassten Wellenfront und des durch die Wellenfront-Modulationseinheit (30) dargestellten Verzweigungs-Phasenmusters entsprechend einem Zielwert für das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit (30) ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden.Observation device (1 - 8), comprising: a light source unit (10) for outputting light; an irradiation optical system for irradiating an object (91) with the light output from the light source unit (10); a detection optical system for guiding a beam generated when the object (91) is irradiated with the light from the irradiation optical system; a wavefront modulation unit (30) for displaying a compensation phase pattern for compensating an aberration of the input light and a branching phase pattern for splitting the input light into a first and a second beam, inputting the beam guided by the detection optical system, phase modulating the input beam accordingly the compensation phase pattern and the branching phase pattern and outputting the phase modulated beam; a branching optical system (40) for guiding the first and second beams output from the wavefront modulating unit (30) while being split under the action of the branching phase pattern in respective directions different from each other; a light detecting unit (50) for receiving the first beam passed through and inputted to the branching optical system (40) and detecting a power of the first beam thus received; a wavefront detection unit (60) for receiving the second beam passed through and inputted to the branching optical system (40) and detecting a wavefront of the second beam thus received; and a control unit (70) for setting the compensation phase pattern represented by the wavefront modulation unit (30) corresponding to the wavefront detected by the wavefront detection unit (60) and the branching phase pattern represented by the wavefront modulation unit (30) according to a target value for the power ratio between the first and second beams output from the wavefront modulation unit (30) while they are being split under the action of the branching phase pattern. Beobachtungsvorrichtung (1 - 8) nach Anspruch 1, bei der die Wellenfront-Modulationseinheit (30) ein Wellenfront-Modulationselement (31, 32) umfasst, das ein Phasenmuster darstellt, in dem das Kompensations-Phasenmuster und das Verzweigungs-Phasenmuster einander überlagert sind.Observation device (1 - 8) according to Claim 1 wherein the wavefront modulation unit (30) comprises a wavefront modulation element (31, 32) representing a phase pattern in which the compensation phase pattern and the branching phase pattern are superimposed on each other. Beobachtungsvorrichtung (1 - 8) nach Anspruch 1, bei der die Wellenfront-Modulationseinheit (30) ein erstes Wellenfront-Modulationselement (31) zum Darstellen des Kompensations-Phasenmusters und ein zweites Wellenfront-Modulationselement (32) zum Darstellen des Verzweigungs-Phasenmusters umfasst.Observation device (1 - 8) according to Claim 1 wherein the wavefront modulation unit (30) comprises a first wavefront modulation element (31) for displaying the compensation phase pattern and a second wavefront modulation element (32) for displaying the branching phase pattern. Beobachtungsvorrichtung (1 - 8) nach Anspruch 1, bei der die Steuereinheit (70) den Zielwert für das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit (30) ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, entsprechend der Leistung des durch die Lichterfassungseinheit (50) empfangenen ersten Strahlenbündels und/oder der Leistung des durch die Wellenfront-Erfassungseinheit (60) empfangenen zweiten Strahlenbündels einstellt.Observation device (1 - 8) according to Claim 1 wherein the control unit (70) sets the target value for the power ratio between the first and second beams output from the wavefront modulation unit (30) while they are split under the action of the branching phase pattern, according to the power of the through the first beam received by the light detection unit (50) and / or the power of the second beam received by the wavefront detection unit (60) adjusts. Beobachtungsvorrichtung (1 - 8) nach Anspruch 1, bei der die Steuereinheit (70) eine Leistung des von der Lichtquelleneinheit (10) ausgegebenen Lichts, um das Objekt (91) durch das optische Bestrahlungssystem zu bestrahlen, entsprechend der Leistung des durch die Lichterfassungseinheit (50) empfangenen ersten Strahlenbündels und/oder der Leistung des durch die Wellenfront-Erfassungseinheit (60) empfangenen zweiten Strahlenbündels steuert.Observation device (1 - 8) according to Claim 1 wherein the control unit (70) determines a power of the light output from the light source unit (10) to irradiate the object (91) through the irradiation optical system, corresponding to the power of the first beam received by the light detection unit (50) and / or the Controls the power of the second beam received by the wavefront detection unit (60).

Images